基于fpga的嵌入式edk開發技術-資料下載頁

【導讀】發展到嵌入式智能平臺的幾個發展階段。從獨立單機使用發展到聯網設備。模擬電路為主發展到以數字電路為主、數模混合型，進而進入全數字時代。目前，FPGA在嵌入式系統中，主要有3種使用方式：。于VGA和LCD控制等，根據用戶設計可達到不同的性能。用于網絡和無線通信等。的規模和動態可編程的能力，具有明顯的優勢，成為嵌入式應用的主力軍之一。件設計和軟件調試的各個方面。和PowerPC，其中PicoBlaze和MicroBlaze是可裁剪的軟核處理器，PowerPC為。深入到FPGA架構的任何部位，提供高端嵌入式應用的FPGA解決方案。方法，并對其完成評估，以確定最優的設計方案。級特性，極大地擴展了MicroBlaze的應用范圍。MicroBlaze處理器的內核仍在不。斷更新中，目前最新版為MicroBlaze，其內部架構如圖9-1所示。器件速度級別的不同而不同。目前，最新版本的MicroBlaze軟核支持的接口標準有：。為外設連接到MicroBlaze系統中。LMB用于實現對片上的blockRAM的高速訪問。

　　

【正文】 Xilinx Platform Studio ‖ ―Xilinx Platform Studio PACE‖即可啟動；另一種是在 ISE中通過雙擊 Embedded Processor類型的源文件來打開。前者專門用于設計完備的嵌入式系統，也是本章主要講述的方式；后者可將嵌入式設計作為 ISE設計的一個子模塊，在 行介紹。 利用 BSB創建新工程 在了解了 EDK的基本概念以及完成軟件安裝后，接下來介紹如何利用 EDK 來開發嵌入式系統。首先需要利用基本系統創建器（ Base System Builder， BSB）向導來快速創建一個設計，然后再對其進行定制。 BSB 是幫助用戶快速建立系統的軟件工具。當用戶希望創建一個新的系統時， XPS會自動調用 BSB。在 BSB 中，可以創建工程文件、選擇開發版、選擇和配置處理器以及 I/O 設備，添加內部外圍設備，生成系統報告等。 BSB 向導會自動完成以下工作： 1. 生成頂層工程文件（ .xmp文件） Xilinx微處理器工程（ Xilinx Microprocessor Project， XMP）文件是所開發嵌入式系統的頂層文件描述。所有 XPS工程信息都在 XMP 文件中得以保存，此文件包括微處理器硬件規范（ Microprocessor Hardware Specification， MHS）和微處理器軟件規范（ Microprocessor Software Specification， MSS）文件的存儲位置等，有關 MHS和 MSS文件將在后面內容進行闡述。 XMP文件同時也包括了 XPS將進行編譯的 C 源文件和頭文件的信息，以及 SDK編譯的可執行文件的信息。 2. 選擇 /新建電路板 這里包括兩個選項：指定的目標板和用戶自己設計的板。如果選擇前者，則 BSB允許用戶選擇板上的外圍設備，且其 FPGA 端口可以自動地匹配板子，同時也創 建一個可以下載到板子上運行的完整平臺和測試應用；而對于后者，用戶可以基于一些已有的處理器核和外圍設備核，按照需要添加處理器和外圍設備。 3. 選擇并配置處理器 可以選擇的處理器有 MicroBlaze和 PowerPc。同時還可以選擇：器件類型，封裝，速率等級，參考時鐘頻率，處理器總線時鐘頻率等等。 4. 選擇并配置多個 I/O 接口 BSB 可以決定用戶預定義板 子上，哪些外部存儲和 I/O 設備是有效的。并且對于指定的器件還可以選擇：波特率，外圍設備類型，數據比特數，校驗等。 5. 添加內部外圍設備 外圍設備包括芯片上存儲控制器和計時器等。 BSB 允許用戶添加需要的外圍設備。 6. 設定軟件 可以在 BSB中對標準的輸入輸出器件進行說明，用戶還可以選擇希望 XPS產生的C 應用樣例。每個應用程序都包括一個鏈接腳本。這里用戶所選擇的應用樣例包括存儲測試、外圍設備測試或者兩者皆有。 7. 查看創建的系統 完成以上選擇后， BSB 將顯示已經生成的系統。用戶可以選擇：產生這個工程，或者是返回 到前述步驟進行設置的修改。下面以加載 Xilinx Spartan_3E_RevD開發板（該開發板的配置文件存放在 EDK 安裝目錄下的―boardXilinxboardsXilinx_Spartan3E_RevDdata‖文件夾中）為例，詳細介紹利用BSB 新建工程的全部流程。 例 91 通過 BSB 向導建立 Xilinx Spartan_3E_RevD開發板的工程。 1）啟動 XPS。當雙擊 XPS的快捷方式后， BSB向導就會自動打開，其界面如圖924所示。選中 ―Base System Builder Wizard（ remended） ‖選項，并點擊 ―OK‖按鈕。 圖 924 BSB 向導的啟動畫面 2）選擇工程路徑。在彈出的提示界面的 ―Project File‖下的輸入框中填入工程存放路徑，或單擊 ―Brouse‖按鈕來選擇合適的工程路徑。在本例中，選擇工程目錄為―E:/work/xilinx/edk‖，并將工程命名為 spartan3e500e，如圖 925所示。單擊 ―OK‖按鈕，在彈出的對話框中選擇 ―I would like to create a new design‖，并單擊 ―Next‖按鈕。 圖 925 工程存放路徑選擇界面 3）在彈出的板型選擇對話框中，在 ―Select board‖選中 ―I would like to create a system of the following development board‖，在 ―Board vendor‖的下拉框中選擇Xilinx，在 ―Board name‖的下拉框中選擇 Spartan3E starter board，在 ―Board revision‖ 的下拉框中選擇 D，如圖 926所示。如果使用用戶自定義的開發板，則選擇 ―I would like to create a system for a custom board‖。單擊 ―Next‖。 圖 926 開發板選擇界面 4）進入處理器選擇界面。對于內部集成了 PowerPC 內核的 FPGA 芯片（ Virtex2 Pro以上部分型號）可以選擇 PowerPC 或 Microblaze，否則只能選擇 Microblaze。由于本例選用的是 FPGA 為 Spartan3E系列，不支持 PowerPC，所以只能選擇Microblaze軟核，如圖 927所示。點擊 ―Next‖按鈕。 5）配置處理 器。配置 Microblaze的參考時鐘、總線處理時鐘頻率、處理器調試接口以及片上存儲空間的大小，都使用默認值，如圖 928所示。時鐘頻率和參考時鐘和硬件設計保持一致，定為 50MHz。 ―On Chip H/W Debug Chain‖就是利用 JTAG端口進行處理器的調試。片上存儲器由 FPGA芯片中內嵌的塊 RAM組成，選定大小為 8KB。然后點擊 ―Next‖按鈕。 MicroBlaze和 PowerPC 的工作時鐘都是系統時鐘經過 DCM 模塊倍頻后得到的， 在一般情況下，建議 MicroBlaze的時鐘不超過100MHz， PowerPC 的時鐘不超過 250MHz。 圖 927 處理器參數配置界面 圖 928 處理器選擇界面 6）添加 I/O 接口。開發板配置文件選擇了 RS_232_DCE、 RS_232_DTE、 LED_8bits、DIP_Switches_4bits、 Buttons_4bits、 Flash_16M* DDR_SDRAM_32M*16以及Ether_MAC 等 I/O接口，如圖 929~931所示。各個 I/O 接口將在后文詳細介紹。如果是用戶自定義電路板，操作界面如圖 930所示，用戶點擊右上角的 ―Add Device‖按鈕，然后在彈出的對話框的 ―IO Interface Type‖的下拉框中選擇所需的I/O 接口模塊，再點擊 ―OK‖按鈕，該過程每次只能添加一種 I/O 接口，如有多個需要反復操作 圖 929 可配置 IO端口列表（ 1） 圖 930 可配置 IO端口列表（ 2） 圖 931 可配置 IO端口列表（ 3） 7）添加內部外圍設備。如果開發板的部分外設在 XPS中并沒有提供，那么就需要通過用戶通過 HDL語言實現自定制底層接口邏輯，再將其作為外設導入到 XPS中。由于 Spartan3E Starter開發板上的設備在 XPS庫中都能找到，因此可以跳過這一步驟。 節將詳細介紹如何實現定制外設的底層接口邏輯以及如何添加到 XPS 中。 8）軟件建立。如圖 932所示，該步驟需要完成下列幾個工作：選擇 STDIN/OUT器件，這里注意 RS232_Uart 外圍設備為所選之一； Boot存儲器為plb_bram_if_tlr_1；存儲器和外圍設備的測試都使用默認的應用測試。軟件測試為所選外圍設備發送或接收信息。微處理器得到外圍設備的狀況后，通過STDIN/STDOUT 設備發出報告。 圖 932 軟件建立向導 9）配置存儲器和外圍設備的測試應用。在這個工程中，將指令、數據和棧 /堆的存儲位置設置為 plb_bram_if_tlr_1。這樣，利用 BRAM控制器 ―_if_tlr_1‖，程序代碼在 FPGA―plb_bram‖里的塊 RAM 之外運行。 圖 933 配置存儲器和外圍設備的測試 應用 10）創建系統。在選擇并配置系統各個部分后，用戶就可以對 BSB給出的系統進行檢查。用戶可以返回到之前的任何一步進行修改。檢查后，點擊 ―Generate‖產生系統。 BSB 給出的系統信息如圖 934所示，通過比較可以看出，其和開發板硬件是匹配的。 圖 934 BSP 給出的系統信息 11）設計生成。在生成上述設計后，系統的目錄結構同時也得以創建。 HDL和其它文件根據用戶的選擇而生成，處理器，總線和外圍設備以及其它邏輯實例間的連接也得到了處理。點擊 ―Finish‖， XPS即與所創建的系統相關聯。至 此，就完成了一個新系統工程的創建過程。 XPS的用戶界面 利用 BSB 建立了工程后，就可以利用 XPS對此工程進行必要的修改。 XPS為創建硬件和軟件流的 MHS（ Microprocessor Hardware Specification）和 MSS（ Microprocessor Software Specification）文件提供了一個圖形用戶界面（ GUI），如圖 935所示，為文件編輯器功能和方案過程管理功能提供了源文件編輯器，用于管理整個工具流，包括硬件和軟件執行流。 XPS的用戶界面可以分為標題 欄、菜單欄、工具欄和主窗口，其中主窗口又可分為三個部分：工程信息面板，系統組建面板和控制面板。雖然菜單欄和工具欄操作的功能等效于在主窗口的操作，但在實際中將近 80%的操作是在主窗口完成的，因此本節著重對其主窗口進行介紹。 圖 935 XPS圖形用戶界面 1．工程信息面板 工程信息面板主要對工程進行控制，包括工程（ Project）、應用（ Application）和 IP目錄（ IP Catalog） 3 個頁面。 1）工程頁面 工程頁面列出了與工程有關的文件，分為三個部分：工程文件，工程選項以及參考文件，如圖 936所示。其中， Project Files的信息是從 BSB向導中獲取的，雙擊某文件即可修改，也可以進行編輯。 .opt文件和 .ut文件分別是加速編譯的配置文件和生成比特流的配置文件，對于初學者，不建議修改。 Project Options的信息從 XMD文件中獲取的，包括 FPGA 芯片的型號、網表信息、實現工具、 HDL語言種類以及仿真模型等信息。每一項都可以打開屬性窗口進行設置。參考文件包括日志 log文件和報告 srp文件，前者記錄了用戶的操作，后者則記錄每個執行過程所產生的報告，幫助用戶了解設計結果 ，這兩個文件是 XPS自動生成的，不需要修改。 圖 936 工程信息區域：工程標簽 圖 937 工程信息區域：應用標簽 2）應用頁面 應用頁面的信息都是和應用軟件相關的。在嵌入式系統中，軟件的作用是十分重要的，硬件系統提供運行的平臺，需要實現的全部功能都是通過軟件系統來完成 的。 在 XPS中，應用軟件分為兩種：一種是系統自動生成的 boot，由 XPS自動生成，用戶無法修改；另一種是用戶編寫的應用軟件。 應用所有組件見圖 937所示，分為處理器屬性、編譯器屬性、源代碼以及庫文件。右擊用戶定義的應用， 可完成以下操作： ? Mark to Initialize BRAMs：將軟件應用打包到初始化塊 RAM 中，添加 .bit配置文件，形成最終的比特文件，可直接配置到 FPGA 芯片中； ? Build Project：將軟件應用編譯成可下載執行的 .elf 文件； ? Make Project Inactive：將當前工程從初始化塊 RAM 中剔除，使其失效； ? Generate Linker Script：自動生成連接腳本； ? Set Compiler Options：設置編譯屬性，點擊后可彈出編譯屬性子窗口，可設置連接腳本、 堆、棧的大小以及程序的起始位置；代碼優化級別和軟件調試模塊；第三方庫以及編譯器的絕對路徑以及高級用戶的定制編譯指令。 3） IP目錄頁面 IP目錄頁面列出所有 EDK IP 核和用戶生成的 IP 核，如圖 938所示。由于 Xilinx提供的 IP核種類繁多，因此在 XPS中按照功能進行分類，涉及到模擬接口、系統總線、存儲器控制器、通信接口以及調試接口等十多個類別，指明了每個 IP的版本、類別、名稱以及使用的處理器型號。選中并拖拽至系統組件面板，即可將其添加到系統中；同時在