基于FPGA的嵌入式系統(tǒng)設計

Xilinx提供了針對Micro Blaze Core應用系統(tǒng)開發(fā)的集成開發(fā)環(huán)境MDK，該開發(fā)環(huán)境包含了用于硬件描述和系統(tǒng)生成的Platform Generator、用于軟件設計和編譯的Micro Blaze IDE，GDB調(diào)試可通過FPGA配置JTAG接口進行，無需任何附加的調(diào)試硬件，配合Foundation ISE4.2和FPGA目標板即可進行全功能開發(fā)，MDK還包含了UART、GPIO、Watchdog、Timer/Counter、EMC和中斷控制等基本處理器外設庫，用戶可以添加兼容OPB總線標準的任意IP Core.Insight和依元素科技均提供了功能全面的Micro Blaze Core評估工具。

PPC405 Core是一個高性能的處理器內(nèi)核，它具有獨立于FPGA JTAG的調(diào)試端口和更加復雜的調(diào)試功能，我們甚至可以將基于PPC405 Core的SOPC調(diào)試直觀地理解為基于IBM PPC405處理器和大容量FPGA的單板機調(diào)試，只不過這個單板機無需進行傳統(tǒng)的PCB設計和調(diào)試，設計迭代過程全部在計算機上進行。PPC405 Core的軟件集成開發(fā)環(huán)境支持傳統(tǒng)的IBM PPC405開發(fā)環(huán)境，Xilinx提供了相應的系統(tǒng)集成開發(fā)環(huán)境和GNU軟件開發(fā)工具包支持。第三方軟件開發(fā)商Wind River和Montvisa已分別宣布其VxWorks和HardHat Linux實時操作系統(tǒng)（RTOS）及其集成開發(fā)環(huán)境支持Virtex II Pro 系列FPGA，Insight和Avnet已開始銷售含有Virtex II Pro FPGA的高端評估板。依元素科技也推出了用于開發(fā)PowerPC系列處理器的GNU集成開發(fā)工具和利刃？系列調(diào)試工具，以及含有PowerPC處理器的原型評估板。

4 基于Internet可重配置邏輯（IRL）

4.1 IRL技術的基本特征與應用

Internet Reconfigurable Logic （IRL）是Xilinx倡導的一種新的FPGA設計理念，其核心是通過Internet對遠程設備的硬件設計和軟件程序進行升級、重構、調(diào)試和監(jiān)控，這種設計理念伴隨著嵌入式Internet技術的蓬勃發(fā)展必將對嵌入式設備的設計模式產(chǎn)生深遠的影響。

IRL包括三個方面的基本要素：含有配置bit流或應用程序的主機含有配置功能的目標系統(tǒng)Internet或遠程訪問介質(zhì)在Internet環(huán)境下，可通過Web Browser訪問遠程目標機，通過HTTP、FTP協(xié)議、Java Applet和CGI等功能實現(xiàn)數(shù)據(jù)、文件傳輸和交互控制功能。在某些特殊環(huán)境下，遠程訪問介質(zhì)可以是PSTN、無線網(wǎng)絡或其它特殊媒介，這在某些工業(yè)控制場合以及軍事應用中是常見的。

IRL技術可以應用于許多場合，諸如：在部分功能沒有完成全面測試之前就可以先將產(chǎn)品投放市場；故障設備的遠程維護；遠程修復產(chǎn)品使用過程中發(fā)現(xiàn)的Bug；對已售出的產(chǎn)品升級新的功能；對新出現(xiàn)的標準和協(xié)議予以支持等等。總而言之，采用IRL技術將帶給我們的產(chǎn)品三個明顯的優(yōu)勢：縮短產(chǎn)品上市時間；減少產(chǎn)品維護費用；延長產(chǎn)品生命周期。

4.2 IRL技術的設計實現(xiàn)

在基于Web Browser的條件下，主機端的應用程序將達到最簡化，主機端無需安裝任何特殊應用程序就可完成對遠程設備的操作，這種簡化對用戶而言是必要的。這樣，目標機的設計就是IRL技術實現(xiàn)的全部內(nèi)容。

一般而言，目標機端IRL模塊應實現(xiàn)以下功能：以太網(wǎng)或Modem接入TCP/IP或TCP/IP+PPP協(xié)議棧Http Web Server支持CGI、ASP或Java Script FPGA配置時序，至少支持JTAG配置模式足夠的存儲空間和配置故障恢復功能在嵌入式Internet技術和處理器的支持下，這些功能的實現(xiàn)已經(jīng)不是技術上的瓶頸了，圖4給出了依元素科技也開發(fā)的IRL評估模塊原理框圖，

圖4 基于Rabbit2000的IRL模塊原理框圖

該這種實現(xiàn)方式是一種基于單片機或專用處理器的IRL實現(xiàn)方式。Avnet推出了基于PowerPC和PMC總線的高端IRL技術評估板。

在本文研究的SOPC設計技術的基礎上，F(xiàn)PGA甚至能夠通過內(nèi)部嵌入式處理器內(nèi)核（如Micro Blaze和PPC405）及其軟件支持，實現(xiàn)對自身的重構和升級。

5 結束語

隨著可編程邏輯器件工藝的不斷進步和開發(fā)工具的不斷增強，F(xiàn)PAG將更加廣泛的應用在各個領域，F(xiàn)PGA的將在更廣泛的范圍普及，成本和價格將不再成為我們拒絕在設計中采用FPGA的理由。我們有理由相信，SOPC、IRL等設計理念將會對我們的設計方式產(chǎn)生新的變革，也必將給每一位嵌入式工程師帶來有益的思路和更加寬廣的創(chuàng)意空間。