SOPC在嵌入式工業(yè)以太網(wǎng)控制器中的應(yīng)用

　　4 軟件設(shè)計(jì)

　　完成NIOS的硬件開發(fā)后，SOPC Builder可以幫助開發(fā)者生成相應(yīng)的SDK（軟件開發(fā)包）。這是由于在硬件開發(fā)中的NIOS CPU及其外設(shè)構(gòu)成的系統(tǒng)是自定制的，存儲(chǔ)器、外設(shè)地址的映射等都各不相同，需要的SDK也應(yīng)是專有的，SOPC Builder能夠自動(dòng)生成SDK。

　　在生成的SDK基礎(chǔ)之上，進(jìn)入軟件開發(fā)流程，在這個(gè)部分，開發(fā)幾乎與通常的嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)沒有區(qū)別，唯一的不同只在于，嵌入式系統(tǒng)是自己定制的、裁剪過的，受到硬件的局限小一些。

　　控制器的操作系統(tǒng)考慮到性價(jià)比以及現(xiàn)場控制需要，采用了uClinux。uClinux是一個(gè)完全符合GNU/GPL公約的操作系統(tǒng)，完全開放代碼，其是專門為控制領(lǐng)域而裁減設(shè)計(jì)的嵌入式操作系統(tǒng)。

　　uClinux 從Linux 2.0/2.4內(nèi)核派生而來，沿襲了主流Linux的絕大部分特性[5]。它是專門針對沒有MMU的CPU，并且為嵌入式系統(tǒng)做了許多小型化的工作。適用于沒有虛擬內(nèi)存或內(nèi)存管理單元（MMU）的處理器。它通常用于具有很少內(nèi)存或Flash的嵌入式系統(tǒng)。

　　在GNU通用公共許可證（GNU GPL）的保證下，運(yùn)行uClinux操作系統(tǒng)的用戶可以使用幾乎所有的Linux API函數(shù)，不會(huì)因?yàn)闆]有MMU而受到影響。由于uClinux在標(biāo)準(zhǔn)的Linux基礎(chǔ)上進(jìn)行了適當(dāng)?shù)牟眉艉蛢?yōu)化，形成了一個(gè)高度優(yōu)化的、代碼緊湊的嵌入式Linux，雖然它的體積很小，uClinux仍然保留了Linux的大多數(shù)的優(yōu)點(diǎn):穩(wěn)定、良好的移植性、優(yōu)秀的網(wǎng)絡(luò)功能、完備的對各種文件系統(tǒng)的支持、以及標(biāo)準(zhǔn)豐富的API等。在開發(fā)應(yīng)用程序之前，先將uClinux移植到NIOS處理器中來。

　　特別的為了應(yīng)用到工業(yè)實(shí)時(shí)領(lǐng)域，本文進(jìn)一步增強(qiáng)uClinux的實(shí)時(shí)性。

　　整個(gè)嵌入式工業(yè)以太網(wǎng)控制器具有以下特點(diǎn):

　　控制器具有很高的靈活性。這是本文設(shè)計(jì)的以太網(wǎng)控制器的最大特點(diǎn)。由于微處理器采用Altera公司的NIOS，使得系統(tǒng)資源能夠靈活調(diào)配，并且克服了采用其它處理器中存在的接口速率瓶頸的缺點(diǎn)，適應(yīng)工業(yè)以太網(wǎng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的要求。

　　控制器具有很高的集成度。由于NIOS具有豐富的接口資源，而uClinux裁減后體積非常小，而且具備以太網(wǎng)功能，這樣可以很容易實(shí)現(xiàn)控制器的微型化、Internet化;

　　控制器具有很高的實(shí)時(shí)性。在設(shè)計(jì)硬件和軟件時(shí)都充分考慮了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性。硬件設(shè)計(jì)中采用了高速的A/D（500khz）和多路D/A輸出，使得關(guān)鍵信號能及時(shí)采樣和輸出，保證了“硬實(shí)時(shí)”;操作系統(tǒng)中加入了RTlinux模塊，保證了“軟實(shí)時(shí)”。

　　5 實(shí)際應(yīng)用

　　針對某企業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場需要，將該型控制器應(yīng)用到基于以太網(wǎng)的控制系統(tǒng)中。針對現(xiàn)場對網(wǎng)絡(luò)可靠性參數(shù)的嚴(yán)格要求，在控制層網(wǎng)絡(luò)改進(jìn)傳統(tǒng)以太網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。采用環(huán)形網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，可以增加網(wǎng)絡(luò)的可靠性。

　　而解決網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)性問題則采用了控制區(qū)域（Control Domain）概念，將控制現(xiàn)場分區(qū)，減少各個(gè)控制區(qū)資源競爭的情況。而控制區(qū)域之間的是通過交換式以太網(wǎng)交換機(jī)來通信。