Transcript Implementing Embedded Systems with a MicroBlaze processor u

Implementing Embedded Systems
with a Micro-processor
基于微处理器的嵌入式系统实现
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提要
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嵌入式与微处理器
软核处理器及其特性与开发
嵌入式操作系统
我正在做的工作
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问题提出
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据美国RTC报道，全球嵌入式市场需求将具有比目前PC
市场大10-100倍的商机；
应用程序的复杂性增加了嵌入式开发问题；
信息终端多元化
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采用TI OMAP3430的智能手机
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采用MIPS32 的无线路由器
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嵌入式系统典型应用
无线网络通信
选择微处理器
辅助驾驶
X86、Am186/88、ARM、MIPS、PowerPC…
安防监视
测量及医疗诊断
构建硬件应用系统
编写系统软件
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常见的嵌入式微处理器
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ARM
MIPS
XSCALE
POWER PC
都是ASIC
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嵌入式系统设计面临的重要挑战
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系统集成化 更高，成本更低
 低成本的平台，能够整合处理器，周边设备及胶合逻辑
寄望处理器更适合于专用领域
 灵活的处理解决方案与标准或自定义外设组合
在开发及使用阶段更易于修改与维护
 可重配置的平台，即便在使用时
更少硬件器件的耗费
 一个类型的设备，可用于在多个项目
更强的软、硬件可移植性
 通用处理器软件的重复使用的系统架构
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采用MicroBlaze灵活的系统架构
一个基于Xilinx FPGA实现的软核嵌入式处理器
（基于SRAM工艺）
可订制的处理器架构
-Pipeline, Instructions
-Caches, Floating Point Unit
-Memory Management Unit
-User-defined Coprocessors
用户可定义IO接口
-Selectable I/O InterfacesEthernet, PCI
-Uart, SPI, I2C, GPIO
可适应的存储器接口
-DDR, DDR2, SDRAM, Flash, SRAM
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Xilinx 的MicroBlaze处理器
•最快的32位软核处理器
•最新版本V7.0
•在EDK里进行裁剪与外设添加
•在相应的Eclipse中开发
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Altera的NIOS II
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世界上最通用的处理器
•最新版本V6.0
•在NIOS II里进行裁剪与外设添加
•同样在相应的Eclipse中开发软件
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设计流程
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EDK硬件设计
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软件设计(基于ECLIPSE)
下载到FPGA
中的既包括
硬件配置Bit流
也包括软件
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嵌入式Linux操作系统
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无处不在的软件平台
多硬件平台
目前最先进的网络
开放式接口
POSIX（可移植操作系统接口 ）, SysV, BSD
高可靠性
免费
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Linux及实时系统
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Linux是通用的非实时操作系统
嵌入式厂商提供的实时性，其方式往往相互不兼容
Linux 2.6中提供了重要的实时性能的增强
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Linux2.6 特征
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更多的“实时”的表现
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
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More Kernel Pre-emption Points
New Scheduler
Synchronization
NUMA (Non-Uniform Memory Access)
更面向嵌入式的基础结构
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

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

Subarchitecture (makes porting easier)
Headless configuration
Virtual memory not required (demand paging)
POSIX threads, signals, timers
uClinux (MMU-less processors)
Device Support (goodies for consumer electronics)
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软件应用程序的迁移
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从传统的CPU处理器的系统移植到基于FPGA的软件开发
变得更容易
 同样的Linux API编程
 同样的Linux内核
 工业化标准的GNU工具
 基于Eclipse的开发环境
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Blue Cat Linux
ARM
ARM720T x86
PowerPC / Power
Pentium
Architecture
ARM920T Pentium II
MIPS
PowerPC
405
Pentium
III
StrongARM® SA-1110
MIPS32 RISC, MIPS64 20Kc
Intel 386/486 Freescale MPC74xx
MicroBlaze
XScale® 80200
Pentium Pro
TX39/H
Freescale MPC8260
PowerQUICC
II
MicroBlaze
6
Pentium IV / IV-M
AMD / Athlon / Freescale
K6 / K7 Power SH3
ArchitectureMicroBlaze
603/603e/603ev
7
Cyrix 6x86 and MII
PowerPC 750 (Freescale and IBM)
Pentium M
Intel Celeron AMCC 440 (formerly IBM 440)
Core 2 Duo
IBM 970
Atom
Freescale MPC85xx PowerQUICC III
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PetaLinux
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制约于物理尺寸，CPU和内存的专门的硬件设备的嵌入式
Linux系统。
其引导程序，Linux内核和相关的GNU软件基于专门的硬件设
备。
为广泛的垂直市场提供解决方案
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uClinux
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uclinux表示micro-control linux.即“微控制器领域中的Linux系
统”，是Lineo公司的主打产品，同时也是开放源码的嵌入式
Linux的典范之作。uCLinux主要是 针对目标处理器没有存储管
理单元MMU（Memory Management Unit）的嵌入式系统而设
计的。它已经被成功地移植到了很多平台上。由于没有MMU，
其多任务的实现需要一定技巧 。
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我正在做的工作
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基于Xilinx 的EDK构建硬件环境
安装运行于VMware的Fedora裁剪Linux内核（PetaLinux4.0）
在基于FPGA的Microblaze处理器上运行Linux
建立一个运行于微处理器的Web Server，基于网页访问FPGA
系统的内部资源、访问外设数据、发送相应操作指令
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开发过程
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EDK硬件环境配置
基于petalinux的内核裁减
BootLoader
下载内核
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系统示意
Enthenet
Windows：
ISE,EDK,SDK
VW(Ferdora)
串口调试
Explorer
USB<->JTAG编程
USB<->rs232通信调试
Microblaze
64M DDR
16M Flash
100M MAC
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软件部分
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操作系统移植
网络协议
文件系统生成
应用级代码编写
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期望实现功能
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TCP/IP http，ftp 文件传输
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NAS
Web Server

访问微处理器及其存储器，实现通过浏览器访问及相应外设控制
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较I2C，CAN，RS485速度快
无需安装上位机软件
远程
典型应用

网络打印机，网络投影仪，网络监控，智能家居，物联网
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后期
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更强的FPGA
ARM
JAVA应用程序

javaME
2个 XCF32P Platform Flash PROM（各 32MB），用于存储大型器件配置
64位宽 256MB DDR2 小型 DIMM（SODIMM）模块
10/100/1000 三速以太网 PHY，支持 MII、GMII、RGMII 和 SGMII 接口
SATA II
ADC DAC UART DVI AC97…
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THANKS
很多表述可能欠准确，想法不成熟，望指正
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