一種快速啟動嵌入式系統(tǒng)開發(fā)方案-技術方案

精品文檔-下載后可編輯一種快速啟動嵌入式系統(tǒng)開發(fā)方案-技術方案處理器和外設在內的完整的嵌入式系統(tǒng)被整合到了FPGA上能降低成本，提升性能和保持靈活性，這在工業(yè)、醫(yī)療、汽車、航天和軍用產品等廣泛的應用領域得到使用。

賽靈思的新型嵌入式設計平臺使用了FPGA的傳統(tǒng)用戶設計，這使得軟件開發(fā)人員也能夠在熟悉的環(huán)境中輕松編程，包括EclipseIDE、編譯器、調試器、操作系統(tǒng)和庫。編程可以利用uC/OS-II之類的RTOS甚至全嵌入式Linux在裸金屬級完成。

圖1嵌入式目標參考設計

嵌入式設計趨勢及挑戰(zhàn)

二十多年來的時間，F(xiàn)PGA基本應用到了常見的各個領域，例如醫(yī)療、工業(yè)控制、汽車電子、連接IP、高端顯示、無線、監(jiān)控、軍事通信等等。然而，F(xiàn)PGA內使用嵌入式處理器的時間才不過近十年，從1999年到現(xiàn)在，F(xiàn)PGA內使用嵌入式處理器在逐年正向增加中。

圖2EDK軟件、硬件和集成流程

圖3簡單的SDK軟件開發(fā)流程步驟

隨著FPGA內使用嵌入式處理器設計越來越多，我們面臨的挑戰(zhàn)也越來越多，主要挑戰(zhàn)分為三個方向：

◆即便只有很少的FPGA設計經(jīng)驗，也能開發(fā)軟件

–需要易于定制的預配置系統(tǒng)

◆滿足不斷提高的技術要求

–要求有一個適用于該應用的處理器系統(tǒng)

–要求能夠選擇正確的功能（外設）組合

◆降低進度風險

–希望花更少的時間創(chuàng)建和調試定制IP模塊

–快速并行開發(fā)和驗證軟硬件

很多人都使用過嵌入式處理器，那么一開始在選擇一個嵌入式處理器作為系統(tǒng)時需要考慮的要點是什么呢？一個適用于該系統(tǒng)應用的處理器以及能夠正確滿足外設功能需求的組合將會是的選擇。這些選擇處理器的條件都是FPGA嵌入式處理的挑戰(zhàn)。

此外，F(xiàn)PGA硬件設計的難度必須要有效降低，能讓對FPGA經(jīng)驗設計較少的人員也能夠開發(fā)軟件，這點是因為傳統(tǒng)的FPGA設計工程師，他們雖然沒有硬件的設計經(jīng)驗也要能夠開發(fā)軟件，這就必須要有一個易于制定的預配置系統(tǒng)。

FPGA嵌入式設計在進度風險的管理上就顯得額外重要，因為FPGA嵌入式設計中包含的軟件和硬件同時在一個芯片上，所以當問題發(fā)生時，硬件人員和軟件人員并不能很快理清問題的癥結點，所以常常延遲進度，因此在選擇FPGA嵌入式系統(tǒng)時，使用人員往往希望花更少的時間來調試硬件IP模塊，并同時開發(fā)驗證軟件，軟硬件的整合和效能提升是一個很大挑戰(zhàn)。

Spartan-6FPGA嵌入式套件

◆描述：

–該套件支持使用MicroBlaze軟處理器的軟件開發(fā)工作以及使用Spartan-6LX45TFPGA的硬件處理器系統(tǒng)定制工作。

◆組件：

–采用Spartan-6LX45TFPGA的SP605基礎板

◆/調試電纜、電源

–ISE設計套件：嵌入式版本

◆ISE和ChipScopePro:S6LX45T專用的器件

◆PlatformStudio、軟件開發(fā)套件（SDK）（EclipseIDE）

–嵌入式目標參考設計

◆MicroBlaze處理器子系統(tǒng)設計

–技術文檔

◆硬件設置指南和入門指南

◆深入的硬件和軟件分步輔導資料

–生態(tài)系統(tǒng)合作伙伴提供OS/RTOS支持

◆Linux、uC/OS-II、TreckVirtex-6FPGA嵌入式套件

◆描述：

–該套件支持使用MicroBlaze軟處理器的軟件開發(fā)工作以及使用Virtex-6LX240TFPGA的硬件處理器系統(tǒng)定制工作

◆組件：

–采用Virtex-6LX240TFPGA的ML605基礎板

◆/調試電纜、電源

–ISE設計套件：嵌入式版本

◆ISE和ChipScopePro:V6LX240T專用的器件

◆PlatformStudio、軟件開發(fā)套件（SDK）（EclipseIDE）

–嵌入式目標參考設計

◆MicroBlaze處理器子系統(tǒng)設計

–技術文檔

◆硬件設置指南和入門指南

◆深入的硬件和軟件分步輔導資料

–生態(tài)系統(tǒng)合作伙伴提供OS/RTOS支持

◆Linux、uC/OS-II、Treck

圖4簡單硬件設計流程步驟

圖5集成并優(yōu)化軟件／硬件

嵌入式目標參考設計

Spartan-6和Virtex-6嵌入式目標參考設計非常相似，它們都包含一個32位的MicroBlazeRISC處理器，性能優(yōu)化，支持LinuxRTOS，100MHz時鐘頻率。另外還包含集成式存儲控制器，包含DDR、DDR2、DDR3、LPDDR，數(shù)據(jù)速率達800Mbps。

全套優(yōu)化的軟IP外設和總線結構包含UART、Flash、GPIO、I2C/SPI、Timer/IntrController、Debug.具體如圖1所示，參考設計中集成以太網(wǎng)MACIP,資源百兆、千兆網(wǎng)，子IP也可與外部碼作整合。處理器和處理器子系統(tǒng)全面可操作且簡便易用，有助于立即著手系統(tǒng)開發(fā)工作。

MicroBlaze處理器子系統(tǒng)

Spartan-6和Virtex-6嵌入式參考設計中，提供MicroBlaze處理器子系統(tǒng)，稱為PSS（processersubsystem），通過這樣一個PSS子系統(tǒng)，用戶可以很快地將自己的定義邏輯加入這樣一個子系統(tǒng)中，由于這個目標參考設計MicroBlaze子系統(tǒng)已經(jīng)整合了許多外設功能，用戶制定的這個邏輯便可以很快地通過網(wǎng)絡來控制或者讓DDR內存作存儲，這將有效降低客戶在開發(fā)過程中的時間。

操作步驟

步，數(shù)分鐘內啟動設計，包括連接電纜，接通開發(fā)板電源，載入嵌入式平臺演示；第二步，評估，包括評估嵌入式平臺演示，用互動界面評估性能參數(shù)；第三步，定制，包括啟動嵌入式目標參考設計項目，根據(jù)軟件開發(fā)輔導資料對軟件應用進行編程、調試和描述，根據(jù)硬件開發(fā)輔導資料進行設計修改，這樣就能使效率大大提高。

在前兩步之后，用戶就已經(jīng)對嵌入式目標參考設計的內容有了充分了解，就可利用嵌入式目標參考設計來加入用戶自己的邏輯和自己的軟件，使用XPS進行硬件制定的開發(fā)，使用SDK進行軟件的開發(fā)，這樣就可以按時完成設計要求。

EDK是Xilinx嵌入式開發(fā)套件，其主要工具XPS是集成標準硬件流程ISE以及標準軟件流程SDK。XPS本身并不實現(xiàn)硬件流程，是通過呼叫ISE來達成硬件流程的實現(xiàn)。硬件流程包含了標準的FPGA硬件發(fā)展流程。XPS也不實現(xiàn)標準軟件流程，也是通過呼叫SDK來實現(xiàn)標準軟件流程。用戶可以通過XPS對系統(tǒng)作描述，如圖2所示?？梢苑QXPS為一個腳本產生器，是用來聯(lián)絡硬件和軟件流程的工具。

簡單的SDK軟件開發(fā)流程步驟如圖3所示，這些都將在SDK上完成。

◆采用SDKEclipseIDE開始設計

◆打開專門針對MicroBlazePSS目標參考設計配置的工作區(qū)（Workspace）

◆編程

◆創(chuàng)建獨立的軟件平臺或OSBSP

◆創(chuàng)建、編譯并構建軟件應用

◆用圖形調試器調試軟件應用

簡單硬件設計流程步驟如圖4所示。

◆用XPS開始設計

◆啟動MicroBlazePSS目標參考設計項目

◆修改

◆從EDK套件中選擇其他標準外設添加到PSS

◆根據(jù)“創(chuàng)建IP向導”創(chuàng)建定制IP

◆根據(jù)“調試配置向導”添加ChipScope調試IP

集成并優(yōu)化軟件/硬件的步驟如圖5所示。

◆用ChipScopePro分析工具調試軟件/硬件集成問題

◆用SDK描述應用并確定熱點

◆性能關鍵代碼（performancecriticalcode）到硬件加速器

第三方提供嵌入式軟件支持主流的有Linux（PetaLinux）、uC/OS-II和Treck網(wǎng)絡中間件，主要特性如表1所示。

表1生態(tài)系統(tǒng)合作伙伴主要特性

總結

新型嵌入式開發(fā)套件大大縮短了開發(fā)時間，加速產品上市進程，采