基于SOPC技术的嵌入式处理器PowerPC硬核测试实例详解.docx

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电子设计技术，结合了片上系统SOC和PLD、FPGA各自的优点，集成了（CPU）、（DSP）、存储器、外围I/O及可编程逻辑，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。Xilinx公司结合其Vir（te）x-IIpro等芯片在FPGA中嵌入了PowerPC处理器硬核。在FPGA中嵌入处理器一方面可以充分发挥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（Linux）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。 本系统结合Xilinx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Linux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（SystemOnProg（ram）mableChip）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EDA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PLD、FPGA各自的优点，集成了CPU、DSP、存储器、外围I/O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］。 Xilinx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PowerPC405或软核Microblaze32位处理器为核心的SOPC系统。本系统将Linux操作系统移植到内嵌于芯片Virtex-IIPro的PowerPC405硬核中，并完成了相应的测试，其开发平台是ML300。 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Linux到该目标板上成为可能。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（PLB）、片上外设总线（OPB）和设备控制寄存器总线（DCR）组成。PLB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;PLB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Linux的移植问题，硬件部分采用的开发工具是Xilinx公司提供的功能强大、操作简单的工具集EDK911。EDK自带了许多工具和IP，主要包括Xilinx平台工作室XPS、软件开发套件SDK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Linux操作系统下完成，最终的检测部分则在XMD下实现。 将Linux嵌入到PowerPC中的设计流程见图1。 3搭建硬件平台及软件平台设置 311硬件平台设