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1、基于SOPC技术的嵌入式处理器PowerPC硬核测试实例详解1引言嵌入式系统是以应用为中心、以计算机技术为基础，软硬件可裁,符合应用系统对功能、可靠性、体积、功耗等严格要求的专用系统。SOPC技术作为一门全新的综合性蚯设计技术，结合了片上系统SoC和P1D、FPGA各自的优点，集成了坠、至E、存储器、外围I/0及可线逻辑，它涵盖了嵌入式系统设计技术的全部内容，是目前嵌入式系统设计的中坚力量。随着SOPC技术的发展，FPGA规模的不断扩大，将处理器嵌入到FPGA中成为必然的发展趋势。Xi1inx公司结合其Virtex-IIpro等芯片在FPGA中嵌入了PowerPC处理器硬核。在FPGA中嵌入处
2、理器一方面可以访爱挥FPGA吞吐率大，资源丰富等优势，另一方面结合处理器的特点，在内嵌的处理器中编写C代码完成既定任务，实现FPGA与DSP处理器的结合，这也是今后发展的必然趋势。对于嵌入式系统而言，应用程序可以没有操作系统而直接在芯片上运行，但随着应用复杂度的不断增加，多任务需要合理的调度，系统资源、系统函数以及专有函数接口需要得到充分的利用，此时选配嵌入式操作系统开发平台便显得尤为重要。因为只有这样才能保证程序执行的实时性和可靠性，并减少开发时间，提高软件质量。而1inUX作为一个免费的操作系统,由于其具有开放源代码、内核稳定、功能强大、可裁剪和低成本的特性，而倍受嵌入式开发者的青睐。本系
3、统结合Xi1inx公司推出的基于SOPC技术的嵌入式处理器PowerPC硬核，在XUPVirtex2IIPrO开发平台上，将1inUX操作系统嵌入到PowerPC405处理器中，最后给出了一个成功运行的测试实例。2SOPC技术及PowerPC硬核介绍所谓SoPC(SystemOnProgrammabIeChip)即可编程的片上系统，在一片系统芯片上通过编程来实现一整套嵌入式系统的搭建。SOPC技术尽可能在单片FPGA上集成大规模的完整的电子系统，包括处理器系统、外设控制器系统、存储器、DSP系统、通信系统和普通的数字电路逻辑等,从而使得电子电路系统在功能、规模、可靠性、体积、功耗、性能指标、上
4、市周期及其硬件升级等多方面达到综合上的最优化；SOPC设计技术是一门全新的综合性电子设计技术，涉及面很广，它将普通辿技术、计算机系统、嵌入式系统、工业自动化控制系统、DSP及无线电等融为一体，涵盖了嵌入式系统设计技术的全部内容；同时它结合了SoC和P1D、FPGA各自的优点，集成了CPU、DSP、存储器、外围1/0及可编程逻辑，用户可以利用SOPC平台自行设计各种高速高性能的DSP处理器或特定功能的CPU处理器，从而使得电子系统设计进入了一个全新的模式1。XiIinX公司结合其高端芯片VirteX-IIPrO和VirteX4FPGA推出了全新的嵌入式开发系统，利用先进的IP植入技术，实现以硬核
5、PowerPC405或软核MiCrObIaZe32位处理器为核心的SOPC系统。本系统将1inux操作系统移植到内嵌于芯片VirtCXT1Pro的PowerPC405硬核中，并完成了相应的测试，其开发平台是M1300。POwerPC405是一个32位、采用IBM.POWerPC体系结构的嵌入式处理器。它的运行频率高达400MHz;具有5阶段流水线；32*32bit通用寄存器;增强的指令和数据片上存储器控制器，直接与嵌入式块RAM接口;支持JTAG调试和跟踪；新的辅助处理器单元（APU）控制器，使CPU管道直接与FPGA架构接口；同时支持用户定义的指令等等，这些都使得移植1inUX到该目标板上成
6、为可能。另外POWerPC405处理器采用IBMCoreCOnneCt总线技术,该总线结构由处理器局部总线（P1B）、片上外设总线（OPB）和设备控制寄存器总线（DCR）组成。P1B总线为片内的高速数据通道，通常连接高速外设、DMA存储控制器等；OPB总线通常用于连接速率较低的片上外设，如串口、键盘等；P1B总线和OPB总线通过总线桥接器相连。DCR总线用于实现PoWerPC的通用寄存器与逻辑设备控制寄存器的数据通信。嵌入式系统设计涉及了硬件和软件的开发以及两者的综合设计。针对1inux的移植问题，硬件部分采用的开发工具是XiIinX公司提供的功能强大、操作简单的工具集EDK911oEDK自带
7、了许多工具和IP,主要包括Xi1inx平台工作室XPS、软件开发套件2K和XMD,可方便的规划、设计并生成整个片上系统的硬件和软件结构。软件部分主要指内核配置部分在1inux操作系统下完成，最终的检遮部分则在XMD下实现。将1inux嵌入到PowerPC中的设计流程见图Io3搭建硬件平台及软件平台设置311硬件平台设置针对实际的需要及现有的硬件条件，利用EDK开发工具，搭建具有下面特性的硬件平台。(300MHZ处理器班频率；(FPGAJTAG编译;(串口OPB-UART11TE(波特率9600,数据宽度8位，无奇偶校验)；(CF卡控制器SySACE;(256MB内存幽以及1EQ,以上各个部件都
8、有中断支持。具体的硬件信息如图2所示。通过执行EDK中的命令GenerateBitstream产生包含上述信息的比特流文件(1ed-1inux.bit)。F1trsOPBitIarfe4FrttM4*tc052.00c 9v4O5.1PFzOS2.00.e1b.M41.02 $o0.v2O1.10.c 2.00. cjJU*PrX-MJt1.00.gb14b.nrt1t1.00b “tCtaCMp“b_，ysy1.00.c 4911川Fi。3.01.V ItfKitMS-rsJ，：1r7JqC.1KAAr5.UIQQ,F*a2/t1r1nibbrifdt1r1oOb11br9一1dt100*
9、1JjM10pb.iatc1.00c -F*J41jati1_rctrJ1cic1.00.Qti1.ctrJ1(ie1.00. &r1k900avu1i1.rctrJ1cie1.00. 29片妃钥图2系统具体的硬件信息Q、一9312软件平台设置硬件比特流文件产生之后，需要配置相应的软件信息生成软件板级支持包BSPo在EDK中打开软件平台设置，在操作系统选项选择IinUX-2-6,如图3所示。在OSand1ibraries选项设置系统相应的参数，如图4所示，这些参数的值依赖于之前的硬件平台设置。Connected-periphs选项用于设置1inUX系统中需要支持的硬件设备(主要包括串口，DDR
10、,CF卡控制器，中断，灯等)，Memorysize为DDR内存容量设置大小(256MB对应的值为0x10000000）,uartbusb1ockfreq设置为总线时钟频率（IOOMHz）,rootfstype为所选根文件系统类型（选择默认选项SySaCe）,需要注意的是这里选择的类型只代表系统工作时根文件的默认类型，具体使用的类型可以在1inux内核编译过程中修改，当根文件类型设置为ramdisk类型时，ramdiskSiZe设置ram2disk大小。sysacepartition用于设置CF卡的分区情况。OS1ikrrySiwv:口1】V*IXB)相应的参数设置完成后，运行Generate1ibrariesandBSPS选项，就可以生成与具体硬件相匹配的板级支持包（BSP）了，该支持包存于ppc405-01ibsrcIinux-2-6-v1-00-a1inux文件夹中。rMaa1Iiitawu401rVMtvwrJMr1rpF1d.1izXI413图3/作系统选项Oh*工6*w*ryfrqtrw4rttrvr1f*t1m2sHbrUs(XT)3M*wr*A1vckrMysUDCQf24rfmbVwic(erwtttrM1*eUbikWSrtZktrMWSs4fEU*44r3J，5A5nVIPCfedm1RAMfikw5iemadRAMdxsk
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