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具有嵌入式處理器的平臺FPGA提供很大的靈活性、集成度和高性能。目前，在單個(gè)可編程邏輯器件中開(kāi)發(fā)極其復雜且高度定制化的嵌入式系統已成為可能。隨著(zhù)芯片性能的不斷增加，如何使設計方法始終高效、多產(chǎn)，成為人們面臨的主要挑戰。嵌入式系統開(kāi)發(fā)的關(guān)鍵活動(dòng)之一是板級支持包(BSP)。利用BSP，可以使嵌入式軟件應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組件包括引導代碼、器件驅動(dòng)程序代碼和初始化代碼。 創(chuàng )建BSP是一個(gè)冗長(cháng)而繁復的過(guò)程，并且每當微處理器與處理器和相關(guān)的外設的組合有所變更時(shí)都得再次創(chuàng )建。對FPGA而言，短的設計周期加上平臺的靈活性，會(huì )使得管理BSP的任務(wù)更為艱巨(圖1)。這就迫使人們尋找更有效地管理BSP的方法。 設計流程和軟件BSP生成 賽靈思處理器的設計包含硬件平臺集結流程和嵌入式軟件開(kāi)發(fā)流程。這些流程都通過(guò)XPS(Xilinx Platform Studio)工具加以管理，該工具屬于賽靈思嵌入式開(kāi)發(fā)套件(EDK)的一部分。 設計通常始于在XPS中集結與配置處理器及與其相連接的器件。定義好硬件平臺后，就可以配置系統的軟件參數了。XPS的一個(gè)主要特點(diǎn)是，它可以根據你對處理器、外設和嵌入式操作系統的選擇和配置來(lái)定制BSP。系統通過(guò)硬件設計的迭代改變而發(fā)展，同時(shí)BSP隨著(zhù)平臺而發(fā)展。 自動(dòng)生成的BSP可賦予嵌入式系統設計者以下能力：自動(dòng)創(chuàng )建與硬件設計完全匹配的BSP；使用預認證的組件消除BSP設計錯誤；立即啟動(dòng)應用軟件開(kāi)發(fā)，提高設計者的效率。 創(chuàng )建用于VxWorks的BSP XPS可生成用于賽靈思Virtex-II Pro和Virtex-4 FPGA中的PowerPC 405處理器及其外設的定制Tornado 2.0.x(VxWorks5.4)或Tornado 2.2.x(VxWorks5.5)BSP。生成的BSP包含系統必需的所有支持軟件，包括引導代碼、器件驅動(dòng)程序和VxWorks初始化。 
圖1：平臺FPGA靈活性要求軟件BSP產(chǎn)生過(guò)程更高效 在XPS定義完具有PowerPC 405處理器的硬件系統后，只需遵循以下三個(gè)步驟即可生成用于VxWorks的BSP： 1. 使用軟件設置對話(huà)框選擇要為系統使用的操作系統。XPS用戶(hù)可選擇VxWorks5.4或VxWorks5.5作為其目標操作系統。 2. 選擇了操作系統后，可轉到資料庫/操作系統參數標簽，根據定制硬件調整Tornado BSP。你可以選擇系統中的任意UART器件作為標準I/O器件(標準輸入和標準輸出)。這將使該器件被用作VxWorks控制器件。 你還可以選擇將哪些外設作為連接外設，將哪些器件緊密集成到VxWorks操作系統。例如，賽靈思10/100以太網(wǎng)MAC可以集成到VxWorks增強型網(wǎng)絡(luò )驅動(dòng)程序(END)接口�；蛘卟槐貙⒁蕴W(wǎng)器件連接到END接口，而從VxWorks應用程序直接訪(fǎng)問(wèn)它。 3. 選擇“工具>生成庫”和BSP菜單選項，生成Tornado BSP。生成的BSP與傳統的Tornado BSP相似，位于ppc405_0/bsp_ppc405_0下的“Platform Studio”目錄中(見(jiàn)圖2)。注意ppc405_0為硬件設計中PowerPC 405處理器的實(shí)例名。XPS用戶(hù)可指定其它實(shí)例名，此時(shí)BSP的子目錄名稱(chēng)會(huì )匹配處理器實(shí)例名。
圖2：生成的BSP目錄結構 通過(guò)XPS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是完全獨立的，并可以轉移到其它目錄位置，如BSP的標準Tornado安裝目錄：target/config。 定制BSP 由XPS生成的用于VxWorks的BSP與大多數其它Tornado BSP相似，只是賽靈思器件驅動(dòng)程序代碼的位置有所不同。與Tornado相關(guān)的現成器件驅動(dòng)程序代碼通常位于Tornado分布目錄的 target/src/drv目錄中，而由XPS自動(dòng)生成的BSP的器件驅動(dòng)程序代碼位于BSP目錄本身中。 基于FPGA的嵌入系統之動(dòng)態(tài)特性是造成此微小差別的原因。因為基于FPGA的嵌入系統可以用新的或更改后的IP重新編程，器件驅動(dòng)程序可以改變，因此就需要對器件驅動(dòng)程序源文件進(jìn)行更為動(dòng)態(tài)的放置。圖2為自動(dòng)生成的BSP目錄樹(shù)，賽靈思器件驅動(dòng)程序放置在BSP子目錄ppc405_0_drv_csp/xsrc中。 賽靈思器件驅動(dòng)程序在C盤(pán)中執行并分布在數個(gè)源文件中，這點(diǎn)不同于傳統的、通常由單個(gè)C頭文件和執行文件組成的VxWorks驅動(dòng)程序。此外，對于器件驅動(dòng)程序，既有獨立于操作系統的執行，又有可選的依賴(lài)于操作系統的執行。 驅動(dòng)程序的操作系??立部分應同任何操作系統或處理器一起使用。它提供了一種應用程序接口(API)，能提取基礎硬件的功能。驅動(dòng)程序的操作系統附屬部分對驅動(dòng)程序進(jìn)行調整，使其得以在VxWorks之類(lèi)的操作系統下使用，例如串行端口使用的Serial IO驅動(dòng)程序和以太網(wǎng)控制器使用的END驅動(dòng)程序。只有能被緊密集成到標準操作系統接口的驅動(dòng)程序才要求操作系統附屬驅動(dòng)程序。 賽靈思驅動(dòng)程序源文件加入VxWorks映像構件的方式同其它BSP文件加入的方式相同。針對每個(gè)驅動(dòng)程序，在BSP目錄中都有一個(gè)名為 ppc405_0_drv_.c的文件。此文件包括針對給定器件的驅動(dòng)程序源文件(*.c)，并自動(dòng)由BSP makefile編譯。 該過(guò)程與VxWorks sysLib.c針對風(fēng)河系統(Wind River)提供的驅動(dòng)程序納入源文件的過(guò)程相似。賽靈思驅動(dòng)程序文件不像其余驅動(dòng)程序一樣單純納入sysLib.c的原因，在于命名空間的沖突和可維護性問(wèn)題。如果所有的賽靈思驅動(dòng)程序文件都是單個(gè)編譯單元的一部分，那么靜態(tài)功能和數據就不再處于保密狀態(tài)了。這會(huì )對器件驅動(dòng)程序產(chǎn)生限制，也會(huì )抵消其操作系??立性。 與Tornado IDE集成 自動(dòng)生成的BSP被集成到 Tornado IDE。BSP可從命令行使用“Tornado make”工具編譯，或從“Tornado Project”編譯。生成BSP后，只需在命令行鍵入“make VxWorks”來(lái)編譯可啟動(dòng)的RAM映像。這是假定此前已設置了Tornado環(huán)境(此設置可以在Windows操作平臺上在命令行使用 host/x86-win32/bin/torVars.bat來(lái)完成)。如果你使用的是“Tornado Project”器件，可以在新生成的BSP的基礎上創(chuàng )建一個(gè)項目，然后使用通過(guò)IDE提供的構件環(huán)境編譯此BSP。 Tornado 2.2.x不僅支持Gnu編譯器，還支持Diab編譯器。XPS創(chuàng )建的Tornado BSP有一個(gè)“Makefile”，如果你想使用Diab編譯器而不是Gnu編譯器，則可以在命令行修改此“Makefile”。尋找稱(chēng)為“工具”的生成變量，將值設置到Diab而不是Gnu。如果使用“Tornado Project”工具，項目最初創(chuàng )建時(shí)可選擇所需的編譯器。 文件“50ppc405_0.cdf”位于BSP目錄下，并在創(chuàng )建BSP的過(guò)程中加以更改。此文件將器件驅動(dòng)程序融入了Tornado IDE菜單系統。驅動(dòng)程序在“硬件>外圍器件”子文件夾處與BSP結合在一起。在其下面是單獨的器件驅動(dòng)程序文件夾。 “Tornado Project Facility”的“文件”標簽也會(huì )顯示用來(lái)將賽靈思器件驅動(dòng)程序與Tornado構建過(guò)程結合在一起的文件數量。這些文件由XPS自動(dòng)創(chuàng )建，你只需要知道其存在就行。 一些常用器件與操作系統緊密結合，而其它器件可通過(guò)直接使用器件驅動(dòng)程序從應用程序??問(wèn)。與 VxWorks緊密結合的器件驅動(dòng)程序包括：10/100以太網(wǎng)MAC；10/100以太網(wǎng)Lite MAC；1Gb以太網(wǎng)MAC；16550/16?50 UART；UART Lite；中斷控制器；System ACE技術(shù)；PCIe。 所有其它器件及相關(guān)的器件驅動(dòng)程序并未緊密集成到VxWorks接口，而只是與其松散集成。對這些器件的訪(fǎng)問(wèn)可通過(guò)從用戶(hù)應用程序直接訪(fǎng)問(wèn)相關(guān)器件驅動(dòng)程序來(lái)進(jìn)行。 本文小結 隨著(zhù)基于嵌入式處理器的FPGA日益受人喜愛(ài)并得到廣泛應用，能將硬件和軟件流程有效組織在一起的工具解決方案應運而生，對幫助設計者工作效率跟上芯片的進(jìn)展起到了關(guān)鍵作用。 賽靈思用戶(hù)一直非常認可XPS及其與VxWorks 5.4和5.5的集成。賽靈思將對Wind River流程的開(kāi)發(fā)予以不懈支持，此流程不久就會(huì )包括對VxWorks 6.0和Workbench IDE的支持。 作者：賽靈思公司 軟件IP經(jīng)理Rick Moleres (rick.moleres@Xilinx.com)，技術(shù)行銷(xiāo)經(jīng)理Milan Saini (milan.saini@Xilinx.com) |
