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文檔簡介
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
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