SoPC的嵌入式硬件平臺(tái)系統(tǒng)設(shè)計(jì)詳解

1、【W(wǎng)ord版本下載可任意編輯】 SoPC的嵌入式硬件平臺(tái)系統(tǒng)設(shè)計(jì)詳解 嵌 入式系統(tǒng)一般由嵌入式微處理器、外圍硬件設(shè)備、嵌入式操作系統(tǒng)以及用戶應(yīng)用程序四部分組成，其發(fā)展主要表達(dá)在芯片技術(shù)的進(jìn)步上，以及在芯片技術(shù)限制下的算 法與軟件的進(jìn)步上。隨著芯片制造技術(shù)的發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)的構(gòu)造也隨之發(fā)生了重大變革，從基于微處理器的嵌入式系統(tǒng)到基于微控制器的嵌入式系統(tǒng)，繼而將可編 程邏輯PLD（Programmable Logic Device）技術(shù)引入到嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，進(jìn)而又發(fā)展到SoC（System on Chip），終將PLD與嵌入式處理器結(jié)合而成為SoPC（System on 嵌 入式系統(tǒng)一般由嵌入式

2、微處理器、外圍硬件設(shè)備、嵌入式操作系統(tǒng)以及用戶應(yīng)用程序四部分組成，其發(fā)展主要表達(dá)在芯片技術(shù)的進(jìn)步上，以及在芯片技術(shù)限制下的算 法與軟件的進(jìn)步上。隨著芯片制造技術(shù)的發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)的構(gòu)造也隨之發(fā)生了重大變革，從基于微處理器的嵌入式系統(tǒng)到基于微控制器的嵌入式系統(tǒng)，繼而將可編 程邏輯PLD（Programmable Logic Device）技術(shù)引入到嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，進(jìn)而又發(fā)展到SoC（System on Chip），終將PLD與嵌入式處理器結(jié)合而成為SoPC（System onProgrammable Chip），使得SoPC成為嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)。 本文采用SoPC內(nèi)嵌32位的軟核處

3、理器Nios，實(shí)現(xiàn)了一個(gè)UART串行口和以太網(wǎng)接口的轉(zhuǎn)換器（以下簡(jiǎn)稱轉(zhuǎn)換器），并基于Microtronix公司針對(duì)Nios處理器移植的Clinux開(kāi)發(fā)了應(yīng)用程序. 1 基于SoPC的嵌入式硬件平臺(tái)構(gòu)建 不同于基于處理器或控制器及SoC的嵌入式系統(tǒng)，基于SoPC的嵌入式系統(tǒng)具有可配置的特點(diǎn)，不會(huì)包括任何專用外設(shè)，而是可根據(jù)需要靈活地在一片F(xiàn)PGA中構(gòu)造外設(shè)接口。 基 于SoPC的嵌入式系統(tǒng)主要由1片芯片SoPC和片外器件，以及一些相關(guān)的接口設(shè)備組成。本文所要實(shí)現(xiàn)的轉(zhuǎn)換器采用Altera公司的Cyclone 芯片及外圍電路組成，其中外圍電路包括2片512 KB的SRAM、l片8MB的Flash、U

4、ART電子轉(zhuǎn)換器和1片以太網(wǎng)控制器LAN91C111。 SoPC 芯片內(nèi)嵌軟核處理器Nios。在SoPC芯片中，除了CPU外，可配片上ROM、內(nèi)部定時(shí)器、UART串行口、SRAM、Flash接口等系統(tǒng)部件。這些 部件均以可編程邏輯部件的形式實(shí)現(xiàn)，芯片內(nèi)部部件構(gòu)造圖如圖3所示。CPU和所有部件通過(guò)Avalon總線連接在一起。 SoPC 芯片內(nèi)系統(tǒng)模塊和Avalon總線模塊均由SoPCBuilder工具自動(dòng)生成，利用Qualtus II集成開(kāi)發(fā)環(huán)境可實(shí)現(xiàn)芯片內(nèi)的邏輯設(shè)計(jì)及其引腳定義。經(jīng)編譯生成后綴為.sof的硬件映像文件，通過(guò)ByteBlasterII線纜到目標(biāo)板的 Cyclone芯片中，或?qū)?s

5、of文件轉(zhuǎn)換成.flash文件，到目標(biāo)板的Flash中。這樣就完成了轉(zhuǎn)換器的硬件設(shè)計(jì)。 2 基于Clinux的SoPC應(yīng)用程序開(kāi)發(fā) 應(yīng) 用程序的開(kāi)發(fā)可在硬件平臺(tái)上直接開(kāi)展，但需了解所有硬件部件的細(xì)節(jié)，并編寫相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)子程序，其軟件設(shè)計(jì)難度及工作量大，且可移植性差。基于嵌入式操作系 統(tǒng)的應(yīng)用程序，其所有的硬件細(xì)節(jié)均對(duì)用戶屏蔽。對(duì)硬件開(kāi)展直接控制的底層驅(qū)動(dòng)程序均封裝在操作系統(tǒng)內(nèi)，通過(guò)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序接口來(lái)完成，用戶只需在高層通過(guò)操 作系統(tǒng)所提供的系統(tǒng)調(diào)用開(kāi)展編程。Clinux是針對(duì)控制領(lǐng)域的嵌入式Linux操作系統(tǒng)，適合如Nios處理器等不具備內(nèi)存管理單元（MMU）的微處 理器微控制器?；诓僮飨到y(tǒng)開(kāi)

6、展開(kāi)發(fā)，需將操作系統(tǒng)加載到硬件平臺(tái)中，Clinux可以以部件的形式集成到SoPC系統(tǒng)中。 2.1 加載Clinux系統(tǒng)的步驟 將 Clinux加載到SoPC目標(biāo)板上時(shí)需提供一個(gè)交叉編譯環(huán)境，硬件要求具有一個(gè)串口的PC工作站、基于Nios處理器的SoPC目標(biāo)板和 ByteBlasterMV線纜等。軟件需求WindowsNTv4.0、Windows2000或WindowsXP、Altera Nios開(kāi)發(fā)包NDK 3.0中所提供的Nios GNUPro工具、Ahera Nios開(kāi)發(fā)包所提供的cygwin安裝，以及Quartus II可編程邏輯開(kāi)發(fā)工具V2.2等。 2.1.1 創(chuàng)立和裝載內(nèi)核映像 創(chuàng)立和裝載Clinux映像文件在Linux DeveloperBash環(huán)境下開(kāi)展，首先需按以下步驟配置和構(gòu)建內(nèi)核。 Linux DeveloperClinux：cd linux Linux Developerlinux：make xconfig Linux Developerlinux：mak