具有嵌入式處理器的 平臺(tái) FPGA 為您提供前所未有的靈活性、集成度和高性能。目前，在單個(gè)可編程邏輯設(shè)備中開(kāi)發(fā)極其復(fù)雜且高度定制化的嵌入式系統(tǒng)已成為可能。

        隨著芯片性能的不斷增加，如何使設(shè)計(jì)方法始終高效、多產(chǎn)，成為人們面臨的主要挑戰(zhàn)。嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的關(guān)鍵活動(dòng)之一是開(kāi)發(fā)板支持包 (BSP)。利用 BSP，可以使嵌入式軟件應(yīng)用程序成功地初始化，并與連接到處理器的硬件資源進(jìn)行通信。典型的 BSP 組件包括引導(dǎo)代碼、設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序代碼和初始化代碼。

        創(chuàng)建 BSP 是一個(gè)冗長(zhǎng)而繁復(fù)的過(guò)程，并且在微處理器復(fù)合體（處理器和相關(guān)的外設(shè)）每次有所變更時(shí)都得再次進(jìn)行。對(duì) FPGA 而言，迅速的設(shè)計(jì)循環(huán)加上平臺(tái)的靈活性，會(huì)使得管理 BSP 的任務(wù)更為艱巨（圖 1）。這一情況迫使人們尋找更有效地管理 BSP 的方法。

        本文將描述 Xilinx 提供的一種創(chuàng)新解決方案，它可以簡(jiǎn)化 RTOS BSP 的創(chuàng)建和管理。我們選擇了 WindRiver VxWorks 流程來(lái)闡明這一概念，但其蘊(yùn)含的技術(shù)是通用的，同樣適用于支持 Xilinx® 處理器的所有其他操作系統(tǒng)解決方案。

傳統(tǒng)嵌入式平臺(tái)

平臺(tái) FPGA

OPB 仲裁器

低速外設(shè)

定制外設(shè)

PLB-OPB 橋接

不同于

PLB 仲裁器

存儲(chǔ)控制器

高速外設(shè)

•固定外設(shè)

•固定地址映射

•固定 BSP

•基于設(shè)計(jì)的外設(shè)

•每個(gè)板都是獨(dú)特的定制產(chǎn)品

•需要?jiǎng)?chuàng)建高效的定制 BSP

                                    圖 1 – 平臺(tái) FPGA 靈活性要求軟件 BSP 生成過(guò)程具有高效率
Xilinx 設(shè)計(jì)流程和軟件 BSP 生成

        Xilinx 處理器的設(shè)計(jì)包含硬件平臺(tái)裝配流程和嵌入式軟件開(kāi)發(fā)流程。這些流程都通過(guò) Xilinx Platform Studio (XPS) 工具加以管理，該工具屬于 Xilinx 嵌入式開(kāi)發(fā)套件 (EDK) 的一部分。

        設(shè)計(jì)通常始于在 XPS 中裝配與配置處理器及與其相連接的配件。定義好硬件平臺(tái)后，就可以配置系統(tǒng)的軟件參數(shù)了。

        Platform Studio 的一個(gè)主要特點(diǎn)是，它可以根據(jù)您對(duì)處理器、外設(shè)和嵌入式操作系統(tǒng)的選擇和配置來(lái)定制 BSP。系統(tǒng)通過(guò)硬件設(shè)計(jì)的疊代改變而發(fā)展，同時(shí)，BSP 隨著平臺(tái)而發(fā)展。

        自動(dòng)生成的 BSP 可賦予嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)者以下能力： 

•  自動(dòng)創(chuàng)建與硬件設(shè)計(jì)完全匹配的 BSP
• 使用預(yù)認(rèn)證的組件消除 BSP 設(shè)計(jì)錯(cuò)誤
• 立即啟動(dòng)應(yīng)用軟件開(kāi)發(fā)，增加設(shè)計(jì)者的產(chǎn)量

創(chuàng)建用于 WindRiver VxWorks 的 BSP

        Platform Studio 可生成用于 Xilinx Virtex™-II Pro 和 Virtex-4 FPGA 中的 PowerPC™ 405 處理器及其外設(shè)的定制 Tornado 2.0.x (VxWorks 5.4) 或 Tornado 2.2.x (VxWorks 5.5) BSP。生成的 BSP 包含系統(tǒng)必需的所有支持軟件，包括：引導(dǎo)代碼、設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序和 VxWorks 初始化。

        在 Platform Studio 定義完具有 PowerPC 405 處理器的硬件系統(tǒng)后，只需遵循以下三個(gè)步驟即可生成用于 VxWorks 的 BSP：

• 使用軟件設(shè)置對(duì)話框（見(jiàn)圖 2）選擇要為系統(tǒng)使用的操作系統(tǒng)。Platform Studio 用戶可選擇 vxworks5_4 或 vxworks5_5 作為其目標(biāo)操作系統(tǒng)。
• 選擇了操作系統(tǒng)后，可轉(zhuǎn)到資料庫(kù)/操作系統(tǒng)參數(shù)標(biāo)簽（如圖 3 所示），根據(jù)定制硬件調(diào)整 Tornado BSP。您可以選擇系統(tǒng)中的任意 UART 器件作為標(biāo)準(zhǔn) I/O 器件（標(biāo)準(zhǔn)輸入和標(biāo)準(zhǔn)輸出）。這將使該設(shè)備被用作 VxWorks 控制臺(tái)器件。
  您還可以選擇將哪些外設(shè)作為連接外設(shè)，將哪些器件緊密集成到 VxWorks 操作系統(tǒng)。例如，Xilinx 10/100 以太網(wǎng) MAC 可以集成到 VxWorks 增強(qiáng)型網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)（Enhanced Network Driver 即 END)接口。或者，不必將以太網(wǎng)器件連接到 END 接口，而從 VxWorks 應(yīng)用程序直接訪問(wèn)它。
• 選擇“工具 > 生成資料庫(kù)”和 BSP 菜單選項(xiàng)，生成 Tornado BSP。生成的 BSP 與傳統(tǒng)的 Tornado BSP 相似，位于 ppc405_0/bsp_ppc405_0 下的 Platform Studio 項(xiàng)目目錄中（見(jiàn)圖 4）。  
  

  

  圖 2 – 設(shè)置選擇嵌入式操作系統(tǒng)

  

  圖 3 – 配置具體操作系統(tǒng)的參數(shù)

圖 4 – 生成的 BSP 目錄結(jié)構(gòu)

        通過(guò) Platform Studio 生成的 Tornado BSP 具有一個(gè) Makefile 文件，如果希望使用 Diab 編譯器而不是 Gnu 編譯器，可在命令行修改此文件。

        Tornado BSP 完全獨(dú)立，并可以傳輸?shù)狡渌�目錄位置，�?BSP 的標(biāo)準(zhǔn) Tornado 安裝目錄：target/config。

定制 BSP 詳細(xì)信息

        由 XPS 生成的用于 VxWorks 的 BSP 與大多數(shù)其他 Tornado BSP 相似，只是 Xilinx 設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序代碼的位置有所不同。與 Tornado 相關(guān)的現(xiàn)成的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序代碼通常位于 Tornado 分布目錄的 target/src/drv 目錄中，而由 Platform Studio 自動(dòng)生成的 BSP 的設(shè)備驅(qū)動(dòng)器代碼位于 BSP 目錄本身中。

圖 5 – Tornado 2.x 項(xiàng)目：VxWorks 標(biāo)簽

        基于 FPGA 的嵌入系統(tǒng)之動(dòng)態(tài)特性是造成此微小差別的原因。因?yàn)榛��?FPGA 的嵌入系統(tǒng)可以用新的或更改后的 IP 重新編程，設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序可以改變，因此就需要對(duì)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序源文件進(jìn)行更為動(dòng)態(tài)的放置。表 4 為自動(dòng)生成的 BSP 的目錄樹(shù)。Xilinx 設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序放置在 BSP 子目錄 ppc405_0_drv_csp/xsrc 中。

        Xilinx 設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序在 C 盤(pán)中執(zhí)行并分布在數(shù)個(gè)源文件中，這點(diǎn)不同于傳統(tǒng)的、通常由單個(gè) C header 和執(zhí)行文件組成的 VxWorks 驅(qū)動(dòng)程序。此外，對(duì)于設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序，既有獨(dú)立于操作系統(tǒng)的執(zhí)行，又有可選的依賴于操作系統(tǒng)的執(zhí)行。

        驅(qū)動(dòng)程序的操作系統(tǒng)獨(dú)立部分應(yīng)同任何操作系統(tǒng)或處理器一起使用。它提供了一種應(yīng)用程序接口 (API)，能提取基礎(chǔ)硬件的功能。驅(qū)動(dòng)程序的操作系統(tǒng)附屬部分對(duì)驅(qū)動(dòng)程序進(jìn)行調(diào)整，使其得以在 VxWorks 之類的操作系統(tǒng)下使用。例子有串行端口使用的 Serial IO 驅(qū)動(dòng)程序和以太網(wǎng)控制器使用的 END 驅(qū)動(dòng)程序。只有能被緊密集成到標(biāo)準(zhǔn)操作系統(tǒng)接口的驅(qū)動(dòng)程序才要求操作系統(tǒng)附屬驅(qū)動(dòng)程序。

        Xilinx 驅(qū)動(dòng)程序源文件加入 VxWorks 映像構(gòu)件的方式同

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