可编程片上系统开发平台1.ppt

可编程片上系统开发平台,何宾 2012.02,本章内容,该章描述在Xilinx嵌入式开发套件（Xilinx Development Kit，XDK）嵌入式系统工具的结构和设计流 程。XDK用于开发基于MicroBlaze软核和PowerPC硬核处 理器的SOPC系统。该章的主要内容包括：EDK简介、设 计流程概述、平台开发结构的工具。 Xilinx的EDK工具主要包含：Xilinx Platfrom Studio （XPS）人机界面、嵌入式系统工具套件、嵌入式处理IP 核，例如处理器和外设、 Platform Studio SDK（Software Development Kit，SDK）。SDK基于Eclipse开放源码框 架，可以选择使用SDK开发自己的嵌入式软件应用程序 （从EDK13.1开始，必须在SDK内开发软件应用程序）。,设计流程及EDK工具 -设计流程,EDK中所提供的工具用来完成嵌入式设计的整个过 程。图5.1给出了基于EDK的基本嵌入式设计流程。,设计流程及EDK工具 -建立硬件平台,Xilinx的FPGA技术允许设计者在处理器子系统中定制 硬件逻辑。这种定制不可能使用标准的现成的微处理器或 控制器芯片。“硬件平台”是指设计人员根据应用的需要而 使用Xilinx的技术建立的灵活地、嵌入式处理子系统。 硬件平台是由一个或多个处理器或外设连接到处理器 总线构成的。 EDK通过微处理器硬件规范(Microprocessor Hardware Specification，MHS）文件记录硬件平台信息。,设计流程及EDK工具 -软件平台建立,软件平台是软件驱动和用于建立应用程序的操作系统 （可选）组成的。所建立的软件映像文件只包含用户所 使用到的一部分Xilinx的库。 EDK通过微处理器软件规范（Microprocessor Software Spectifcation，MSS）记录软件平台信息。设计 人员可以在软件平台运行多个应用程序。,设计流程及EDK工具 -使用仿真的硬件平台验证,验证硬件平台的正确功能，设计人员可以建立一个仿 真模型，并且在HDL仿真器上运行。当仿真系统时，处理 器运行可执行文件。 设计人员可以选择建立行为、结构或者精确的时序仿 真模型。,设计流程及EDK工具 -使用调试的软件验证,调试嵌入式软件的基本技术是加载设计到所支持的开 发板和使用调试工具去调试处理器。 作为可选择的方式，设计人员可以使用指令集仿真器 或简化系统仿真器模型（“虚拟平台”）运行在主机上来调 试设计代码。 设计人员可以通过概要分析代码的执行来估计系统性 能。,设计流程及EDK工具 -芯片配置,一旦软件和硬件平台建立完成，设计人员可以为FPGA 建立一个的配置比特文件。 对于原型设计，当连接主机和芯片时，设计者可以在 下载比特流时，将希望运行在嵌入式平台上的软件同时下 载。 对于产品，设计人员将配置比特流和软件保存在和 FPGA连接的非易失性存储器中。,设计流程及EDK工具 -EDK工具,图5.2 EDK工具的结构,设计流程及EDK工具 -EDK工具,设计流程及EDK工具 -EDK工具,设计流程及EDK工具 -EDK工具,设计流程及EDK工具 - Xilinx Platform Studio(XPS),XPS提供了集成环境为基于MicroBlaze和PowerPC处理 器的嵌入式处理器系统创建软件和硬件规范流程。 XPS也提供编辑器和项目管理接口用来创建和编辑源 代码。 XPS提供工具流程配置选项的定制和提供图形化的系 统编辑器用来连接处理器、外设和总线。 XPS可以在Windows、Solaris和Linux平台下使用。 从XPS中，设计人员可以运行所有的用于处理硬件和 软件的嵌入式系统工具。在XPS环境下可以进行系统的验 证。,设计流程及EDK工具 - Xilinx Platform Studio(XPS),XPS提供下面的特性： (1) 能够添加核，编辑核参数和进行总线和信号连接，产生MHS 文件； (2) 能够产生和修改MSS文件； (3) 支持表5.1内的所有工具； (4) 能够产生和观察系统块图和设计报告； (5) 多用户软件应用支持； (6) 项目管理； (7) 过程和工具流程依赖管理； (8) 输出MHS文件到SDK工具,设计流程及EDK工具 -Xilinx Software Development Kit(SDK),SDK工具是XPS的补充，SDK为应用软件提供开发环 境。SDK基于Eclipse开放源码标准。SDK主要有以下特 点： (1) 功能丰富的C/C+编辑器和编译环境； (2) 导入基于XPS生成的硬件平台定义； (3) 提供项目管理； (4)支持基于单个处理器或者多个处理器系统的软件应用程序的 开发； (5) 支持以团队环境的形式开发软件应用程序； (6)为第三方的操作系统创建和配置板级支持包BSP；,设计流程及EDK工具 -Xilinx Software Development Kit，SDK,(7）提供现成的简单软件工程来测试硬件和软件功能； (8）通过GUI接口为软件应用程序、编程FPGA芯片和编 程并行flash存储器产生链接脚本； (9）应用程序的建立配置和自动的MAKE文件生成； （10）错误浏览； （11）为无缝调试和概要分析目标提供了好的集成环境；,设计流程及EDK工具 -The Base System Builder(BSB) Wizard,BSB向导帮助设计人员快速建立一个嵌入式系统工 程。对于更复杂的工程，BSB向导提供基本的系统，通过 这个系统设计人员可以定制完成嵌入式设计。为了高效率 的建立工程，Xilinx推荐使用BSB向导。,设计流程及EDK工具 -The Base System Builder(BSB) Wizard,基于设计人员选择的板子，设计人员通过BSB选择并 配置基本的元素,比如：处理器类型、调试接口、缓存配 置、存储器类型和大小、外设等。 对于BSB不支持的目标系统，设计人员可以选择定制 板选项。使用这个选项时，必须指定未来板子的硬件，并 且要给出用户约束文件UCF。 如果选择的是支持的目标板，BSB向导自动的加入 UCF文件。当退出BSB时，BSB所建立的MHS和MSS文 件自动加入到XPS工程中，设计人员能在XPS中进行更进 一步的设计。,设计流程及EDK工具 - Platform Generator，Platgen,平台产生器Platgen将对嵌入式系统的高级描述编译成能 在目标FPGA芯片上实现的HDL网表。 嵌入式系统硬件平台典型的由一个或多个处理器和不同 的外设和存储器模块组成，这些模块通过处理器总线连 接。每个外设的IP核有很多的参数，通过调整这些参数来 定制行为。这些参数也用来为这些存储器和外设进行地址 映射。由于EDK提供可选择的特性，FPGA只需要实现应用 程序所要求的功能子集。 硬件平台保存了MHS文件。MHS文件是表示所设计的 嵌入式系统的硬件元件的最主要文件。MHS文件以ASCII码 形式存在。,设计流程及EDK工具 - Platform Generator(Platgen),Platgen读取MHS文件作为基本的设计输入。Platform 也从EDK库和用户IP库中读取不同的处理器核硬件描述文 件（MPD，PAO）。 Platgen为嵌入式系统产生顶层HDL设计文件，该文件 包含所有参数化了的IP核。 在这个过程中，将MHS中所有高层总线连接变成连接 处理器、外设和片上存储器的真实信号。它也调用XST编 译器综合每个例化的IP核（Platgen产生的系统级网表也用 来作为FPGA实现过程的一部分）。 此外，Platgen也产生BMM（BRAM Memory Map）文 件，该文件包含所用到的片上BRAM的地址。,设计流程及EDK工具 - 建立和导入IP向导,该向导帮助设计人员建立自己的外设并且将它们导入 相应的XPS工程中。 在创建模式下，创建和输入外设向导建立很多文件， 这些文件的一些是模板文件帮助设计人员实现外设，而不 需要详细的知道总线协议，命名规则和特殊接口文件的格 式。通过参考模板中的例子和使用不同的辅助设计支持文 件，设计人员可以很快的进行逻辑定制。 在导入模式下，该工具帮助设计人员建立接口文件和 目录结构。对于这种操作模式，必须遵守EDK的命名规 则。一旦导入完成，用户的定制外设在EDK外设库中可以 使用。,设计流程及EDK工具 -建立和导入IP向导,当创建或输入一个外设时，自动生成MPD （Microprocessor Peripheral Defination）文件和PAO （Peripheral Analyze Order）文件。MPD文件定义了外设 的接口，PAO文件通知其它工具（Platgen，Simgen），对 外设需要编译哪个HDL文件和以什么样的顺序编译。,设计流程及EDK工具 -配置协处理器向导,如果设计中包含MicroBlaze和PowerPC处理器时，可 以使用该向导。该向导添加和连接协处理器到CPU。协处 理器是一个硬件模块用来实现用户在FPGA内定义的功能 和通过FSL接口与处理器连接。FSL通道是一个专用的32 位，点对点的通信接口。,设计流程及EDK工具 -库产生器（Libgen）,Libgen为嵌入式处理器系统配置库，设备驱动，文件系 统和中断句柄，以及创建板级支持包BSP。嵌入式软件平台 为每个处理器定义了系统内外设的驱动（板级支持包）， 可选择的库，标准的输入/输出设备，中断句柄例程和其它 相关的软件特征。SDK工程进一步定义了运行在每个处理 器上的软件，这些软件基于BSP运行。,设计流程及EDK工具 -库产生器（Libgen）,来自于EDK安装的库和驱动，以及设计人员提供的定 制库和驱动，SDK将用户程序，包括库和驱动程序编译 成处理器硬件平台上可执行可链接的文件（Executable Linked Format，ELF）。 Libgen读取选择的EDK库和不同的处理器核软件描述 文件（Microprocessor Driver Defination, MDD）和驱动代 码。,设计流程及EDK工具 - GNU编译工具（GCC）,XPS调用GNU编译工具用于编译和链接应用程序。 1）对于MicroBlaze处理器的应用，XPS运行mb-gcc编 译器； 2）对于PowerPC处理器的应用，XPS运行powerpc-eabi- gcc编译器。 编译器能读取C代码，头文件和汇编代码。链接器将 编译的程序和选择的库连接在一起产生ELF可执行文件。 连接器也读取连接脚本（默认产生或用户产生）。,设计流程及EDK工具 -Xilinx Microprocessor Debugger（XMD）,设计人员可以使用指令集仿真器或者虚拟平台调试软 件程序。XMD读ELF文件。对于调试物理的FPGA，XMD 和FPGA通讯使用和FPGA下载相同的电缆。,设计流程及EDK工具 -GNU调试器（GDB）,GNU调试器是个强大和灵活的工具，它为在不同的开 发周期验证MicroBlaze和PowerPC系统提供了统一的调试 和验证手段。GDB使用了XMD作为最基本的引擎和处理 器目标通讯。,设计流程及EDK工具 - Simulation Model Generator（Simgen）,仿真模型产生器Simgen为硬件产生和配置不同的模 型。为产生行为模型，Simgen使用MHS文件作为基本的 输入。为产生结构或时序模型，Simgen使用综合后或布局 布线后的设计数据库作为基本的输入。 Simgen为每个处理器也读取嵌入式应用ELF文件去初 始化片上存储器；这样处理器在仿真阶段就可以执行这些 软件代码。,设计流程及EDK工具 - Simulation Library Compiler（CompEDKLib）,CompEDKLib使用不同仿真工具厂商提供的仿真器编译 EDK基于HDL的仿真库。这个工具可以运行在GUI和批处 理模式下。 在GUI模式下，允许设计人员使用CompXLib编译Xilinx 的库和EDK中可以使用的库。,设计流程及EDK工具 - Virtual Platform Generator（VPgen）,虚拟平台是硬件系统的周期级的仿真模型。可以在主 机上用虚拟平台来调试和评估软件应用代码，而不需要得 到运行在原型板上的硬件。,设计流程及EDK工具 -Bus Functional Model Compiler（BFM）,总线功能仿真简化了依附在总线上的硬件元件的验证。,设计流程及EDK工具 -Bitstream Initializer(Bitinit),比特流初始化工具使用软件信息来初始化与处理器 连接的片上BRAM存储器。 这个工具读取ISE工具产生的硬件比特流文件 （system.bit），产生一个新的输出比特流文件 （download.bit），这个比特流文件包含ELF文件。 这个工具使用BMM文件，该文件由Platgen产生，通 过使用每个BRAM块的物理的布局信息由ISE工具更新。 在内部，比特流初始化工具Bitinit使用在ISE中提供的 Data2MEM工具来更新比特流文件。,设计流程及EDK工具 -System ACE File Generator(Gen ACE),从FPGA比特流中产生 Xilinx System ACE配置文件和 ELF/数据文件。 产生的ACE文件用于配置FPGA，初始化BRAM，使 用有效的程序或数据初始化外部存储器和启动处理器。 EDK提供了工具命令语言（Tool Command Language，Tcl）脚本，genace.tcl。该脚本使用XMD命令 产生ACE文件。 使用MDM系统可以为PowerPC或MicroBlaze产生ACE 文件。,设计流程及EDK工具 -Flash Memory Programmer,编程解决方案被设计成通用的，面向不同的Flash硬件 和布局。,设计流程及EDK工具 -Format Revision(revup)Tool and Version Management Wizard,格式版本工具revup更新已经存在EDK工程到当前的版 本。revup工具只执行格式的变化，对设计不进行更新。 在应用revup前，备份MHS，MSS，XMP等文件。 当使用新版本的EDK工具打开老版本的工程时，就会 显示版本管理向导。 当执行revup后，调用版本管理向导。向导提供有关设 计中使用的Xilinx处理器IP核的变化信息。如果新版本的 IP核可以使用，向导将升级到新的版本。,设计流程及EDK工具- LibXil Memory File System Generator （LibXil MFS）,以文件句柄的形式提供管理程序存储器的能力。设 计人员可以建立目录，并在目录中存放不同文件。文件 系统能通过使用高级C语言进行函数调用来访问。,设计流程及EDK工具 -Platform Specification Utility,平台规范工具能够自动产生建立IP核的MPD文件。通 过建立和导入外设向导的帮助，能够使用这个工具提供的 功能。,平台产生器,硬件的产生是由平台产生器（Platform Generator, Platgen）生成。 Platgen以硬件网表的形式（HDL和实现网表文件）建 立片上可编程系统。 Platgen使用MHS文件作为输入并建立硬件平台。除了 以NGC、EDIF等网表文件格式外，Platgen为下面的工具 和顶层的HDL封装提供支持文件，可以使设计者添加其它 元件并且自动的产生硬件平台。,平台产生器,当运行Platgen时，FPGA的实现工具运行完成硬件的 实现。 典型的，XPS为实现工具调用项目管理器（Project Navigator）前端，用于控制实现过程。 ISE流程结后，产生用于配置FPGA的比特流文件。这 个比特流文件包括为FPGA片上BRAM的初始化信息。 如果设计的代码或数据必须在启动时放在这些存储器 时，Data2MEM工具使用包含在可执行文件内的代码/数据 信息来更新比特流文件，这个可执行文件在软件应用程序 建立和验证流程的结束时产生。,平台产生器 -加载路径,图5.3给出了外设IP路径的结构。Platgen使用查 找优先级机制来确定外设的位置：,平台产生器 -加载路径,（1）在工程目录下，寻找pcore目录 （2）通过-lp选项寻找指定的/pcores位置 （3）查找XILINX_EDK/hw/pcores 从pcores目录中，外设的名字就是根目录的名字。从根 目录中，基本的目录结构为：data、hdl和netlist。,平台产生器 -输出文件,Platgen产生下面的文件和目录：hdl、implementation和 synthesis。在工程目录下，这是最基本的目录结构。 1、HDL目录 HDL目录包含下面的文件： 1）system.vhd|v：这是嵌入式处理器系统得HDL文件，该文件 在MHS中定义。该文件包含了IOB原语（当指定-toplevel yes 选项）。 2）system_stub.vhd|v：这是例化系统和IOB原语的顶层HDL文 件模版。使用这个文件作为设计者自己的顶层HDL设计文件 的开始点（当指定-toplevel no选项）。否则，system.vhd|v 为顶层。,平台产生器 -输出文件,3）_wapper.vhd|v：在MHS中定义的单独的IP元件 的HDL封装文件。 2、Implementation目录 该目录包含peripheral_wrapper.ngc实现网表文件。 3、Synthesis目录 该目录包含system.prj|scr综合工程文件；,平台产生器-存储器的产生 -BMM策略,Platgen在/implementation目录下，产生 .bmm和_stub. Bmm。 （1）当EDK是顶层系统时，实现工具使用.bmm； （2）当EDK是顶层系统的子模块时，实现工具使用 _stub.bmm；,平台产生器-存储器的产生 -BMM流程,EDK工具的实现工具流程采用了Data2MEM，下面给 出了其流程： 1）ngdbuild bm .bmm .ngc 2）map 3）par 4）bitgen bd .elf Bitgen输出_bd.bmm，包含了BRAM的物理位 置。_bd.bmm和.bit文件输入到 Data2MEM。Data2MEM将数据片断转换为正确的初始化 记录，这些记录用于Virtex系列的BRAM。,仿真模型产生器,仿真模型产生器（Simulation Model Generator， Simgen）为一个给定的硬件生成和配置不同的VHDL和 Verilog仿真模型。 MHS文件作为Simgen的输入，MHS文件描述了硬 件元件的例化和连接。Simgen也为指定厂商的综合工具生 成脚本。脚本编译产生的仿真模型。,仿真库,仿真网表使用低层次的Xilinx FPGA可使用的硬件原 语。Xilinx为这些原语提供了仿真模型。下面介绍了Xilinx 的仿真流程中所使用的库。HDL代码必须参考相对应的编 译库。 HDL仿真库必须将逻辑库与物理编译的库相对应。 Xilinx的库可以使用CompXLib工具进行编译。,仿真库 -UNISIM库,UNISIM库是功能模型库，用于行为和结构仿真。该 库包含所有的Xilinx统一的库元件，这些库元件可以被大 部分的综合工具识别。UNISIM库也包含了那些通用的例 化元件，比如I/O和存储器单元。 设计人员在设计中例化UNISIM库，并且在行为仿真 时进行仿真。Simgen产生的结构仿真模型例化UNISIM库 元件。 在UNISIM库中的所有元件都是0延迟的。所有的同步 元件有一个单位的延迟避免竞争条件，对于同步元件的 clock-to-out延迟是100ps。,仿真库 -SIMPRIM库,SIMPRIM库用于时序仿真。它包含所有的Xilinx实现 工具中使用的Xilinx的原语库元件。Simgen产生的时序仿 真模型例化SIMPRIM库元件。,仿真库 -XilinxCoreLib库,Xilinx的核产生器是一个图形化的IP设计工具用来产 生高层次模块，比如FIR滤波器，FIFOs，CAMs和其它高 级IP。设计人员可以定制和预优化模块来利用Xilinx FPGA芯片的固有的结构特点，比如，块乘法器，SRL， 快速进位逻辑和片上的单端口或双端口RAM。 核产生器HDL库模型用于行为仿真。设计人员选择合 适的HDL模型添加到HDL设计中。模型不使用用于全局信 号的库元件。,仿真库 - EDK库,EDK库用于行为仿真。该库保存了所有的EDK IP元 件，这些元件预编译用于ModelSim SE、PE或NcSim。库 免除了需要为每一个工程重新编译EDK元件，减少了编译 的时间。EDK IP元件库只提供VHDL语言，并且可能加密。 未加密的EDK IP元件能使用Xilinx的CompEDKLib工 具编译。对于加密的EDK IP元件提供了预编译库。,仿真模型产生器 -仿真模型,功能仿真设计输入设计综合设计网表设计实现设计实 现的网表时序仿真行为仿真结构仿真图4.4 FPGA设计仿 真阶段 该部分介绍行为仿真模型、结构仿真模型和时序仿真 模型。图5.4给出了FPGA的设计仿真阶段。在设计过程的 每个点，Simgen建立一个合适的仿真模型模型。,仿真模型产生器 -仿真模型,仿真模型产生器 -行为模型,图5.5给出了行为仿真模型。Simgen要求MHS文件作为 输入。Simgen建立一系列的仿真模型。可选的，Simgen为 指定厂商的仿真器产生编译脚本。如果指定，Simgen能用 数据产生HDL文件去初始化与存在设计中的BRAM相关 联。这个数据从存在在可执行和连接格式（ELF）文件中 得到。,仿真模型产生器 -行为模型,仿真模型产生器 -结构模型,图5.6所示，Simgen要求MHS文件和相关的综合网表 文件作为输入。从这些网表文件中建立一系列的HDL文 件结构建模设计功能。Simgen可以为指定厂商的仿真器 产生一个编译脚本。如果指定，Simgen能用数据产生 HDL文件去初始化与存在设计中的BRAM相关联。这个 数据从存在在可执行和连接格式（ELF）文件中得到。,仿真模型产生器 -结构模型,仿真模型产生器 -时序模型,图5.7所示，Simgen要求MHS文件和相关的实现网表 文件作为输入。从这些网表文件中建立一个的HDL文件对 设计建模和包含合适的时序信息的SDF文件。Simgen可以 为指定厂商的仿真器产生一个编译脚本。如果指定， Simgen能用数据产生HDL文件去初始化与存在设计中的 BRAM相关联。这个数据从存在在可执行和连接格式 （ELF）文件中得到。,仿真模型产生器 -时序模型,仿真模型产生器-输出文件,Simgen在输出目录的仿真目录下产生所有的仿真文件 和每个仿真模型的子目录。 Output_directory/simulation/sim_model 当Simgen成功执行后，仿真目录下包含下面的文件： （1）peripheral_wapper.vhd|v：每个元件的模块化仿真文件。对 时序仿真不适用； （2）system_name.vhd|v：设计的顶层HDL （3）system_name.sdf：标准延迟格式sdf，包含合适的快和网络 延迟，这些信息来自布局布线过程，只用于时序仿真； （4）system_name.do|sh：用于编译HDL文件和编译仿真模型 的脚本文件。,仿真模型产生器-输出文件,（5） test_harness_setup.do|sh：建立仿真器的助手脚本，并且 指定了在波形窗口或者列表窗口显示的信号。 （6）test_harness_wave.do|sv：koam；建立仿真波形显示助手 脚本； （7）test_harness_list.do：建立仿真列表显示助手脚本； （8）instance_wave.do|sv：为指定实例建立仿真波形显示的助 手脚本； （9）instance_list.do：为指定实例建立列表显示的助手脚本；,仿真模型产生器 -存储器初始化,如果设计中包含存储器时，使用数据初始化相 应的仿真模型。使用-pe选项，可以指定与给定处 理器实例的ELF文件。通过选择合适的GNU编译 器，产生被编译的可执行文件。,库产生器,库产生器（Library Generator，Libgen）通常是第一 个工具用于配置库和设备驱动。Libgen使用设计人员建 立的MSS文件。MSS文件定义了与外设，标准I/O设备， 中断句柄例程和其它软件特性相关的驱动。Libgen使用 这些信息配置库和驱动。运行 libgen options filename命 令来运行库产生器。,库产生器加载路径,库产生器加载路径,库产生器输出文件,Libgen在设计工程目录下产生目录和输出文件。对于 MSS文件的每个处理器实例，Libgen产生和处理器实例名 字相对应的目录。在每一个处理器实例目录下，Libgen产 生下面的目录和文件：include目录、lib目录、libsrc目 录、code目录。,库产生器输出文件,1、include目录 Include目录包含驱动程序必须的C头文件。Libgen在这 个目录下创建xparameter.h文件。该文件定义了系统中外 设的基地址，#define是驱动，OS，库和用户程序以及函 数原型所需要的。微处理器驱动定义文件 （Microprocessor Driver Definition,MDD）为每一个驱动指 定了定义，这些定义用于需要驱动的外设。 2、lib目录 lib目录包含libc.a，libm.a和libxil.a库。Libxil库包含特 定处理器能够访问的驱动函数。,库产生器输出文件,3、libsrc目录 Libsrc目录包含中间文件和MAKE文件，这些文件是 用来编译OS，库和驱动。该目录包含外设指定的驱动文 件，用于OS的BSP文件和库文件。这些文件从EDK和设计 的驱动，OS和库目录中复制。 4、code目录 该目录包含EDK可执行文件。Libgen在该目录中创建 xmdstub.elf文件（该文件用于MicroBlaze的板上调试）。,库产生器 生成库和驱动 -基本观点,MHS和MSS文件定义了系统。对于系统中的每个处理 器，Libgen找到可寻址的外设清单。对于每一个处理器， 建立一个唯一的驱动和库的清单。Libgen为每个处理器完 成下面的过程：,库产生器生成库和驱动 -基本观点,（1）建立在输出文件部分所定义的目录结构 （2）为驱动，OS和库拷贝必要的源文件到处理器实例指定的区 域：OUTPUT_DIR/ processor_instance_name/libsrc. （3）为处理器可见的每一个驱动、OS和库调用设计规则检查 DRC程序（作为可选项在MDD/MLD文件中定义）。 （4）为处理器可见的每一个驱动、OS和库调用generate Tcl程 序。为每一个在include目录下的驱动，OS和库产生必要的 配置文件。 （5）为处理器可见的每一个驱动、OS和库调用post_generate Tcl程序（如果在和MDD和MLD相关的Tcl文件中定义）,库产生器生成库和驱动 -基本观点,（6）为处理器指定的OS，驱动和库运行make。在UNIX平 台下，使用gmake工具。在Windows环境下，make用于编 译。 （7）为处理器指定的OS，驱动和库调用execs_generate Tcl 程序（如果在和MDD和MLD相关的Tcl文件中定义）。,库产生器生成库和驱动 MDD/MLD和Tcl,一个驱动或库需要两个数据文件关联： 1）数据定义文件（MDD或MLD文件）：这个文件定义了用 于驱动、OS和库的可配置参数； 2）数据产生文件（Tcl）：这个文件使用了在MSS文件中配置 的参数（这些参数用于驱动、OS或库）来产生数据。产 生的数据包括但不局限于产生头文件，C文件，运行 DRC，这些文件用于驱动、OS或库和产生可执行文件。,库产生器生成库和驱动 MDD/MLD和Tcl,Tcl文件包括Libgen在执行不同级别时所调用的程序。 在Tcl中不同的程序包括： 1）DRC 在MDD/MLD中给出了DRC的名字 2）generate Libgen定义的程序，当文件被拷贝后被调用 3）post_generate Libgen定义的程序，当generate被调用后调用该 程序 4）execs_generate Libgen定义的程序，当BSP，库和驱动产生后 调用该程序；,库产生器生成库和驱动 驱动,大多数外设都需要软件驱动。MSS文件包含一个驱动 块用于每一个外设实例。块包含对驱动的名字 (DRIVER_NAME参数)和版本（DRIVER_VER）参考。 这些参数没有默认值。驱动LEVEL与所要求的驱动功能 有关。驱动目录中为不同级的驱动包含源文件和头文 件，以及用于驱动的MAKE文件。,库产生器生成库和驱动 驱动,驱动有一个MDD文件和/或Tcl文件关联。 MDD文件为驱动指定了所有可配置的参数。这是数 据定义文件。每一个MDD文件有一个相关的Tcl文件。 Tcl文件产生数据，其中包括头文件的产生、C文件的 产生，用于运行驱动的DRC，产生可执行文件。,库产生器生成库和驱动 驱动,设计者可以编写自己的驱动。这些驱动必须在一个指 定的目录下 （YOUR_PROJECT /driver或library_name/drivers）。 DRIVER_NAME属性允许设计人员为驱动指定任何名 字（该名字也是驱动目录的名字）。源文件和MAKE文件 必须在DRIVER_NAMEsrc目录下。MAKE应该有对象 （include和libs）。每个驱动应该包含MDD文件和Tcl文件 （在data子目录中）。参考已经存在的EDK驱动来了解驱 动的结构。,库产生器生成库和驱动 库,MSS文件为每一个库包含一个库块。库块包含对库名 字(LIBRARY_NAME参数)和版本（LIBRARY_VER）参 考。这些参数没有默认值。库目录中包含用于库的C源文 件、头文件和MAKE文件。 MLD文件为每一个库指定了可配置的选项。每个 MLD文件都有Tcl文件与之关联。,库产生器生成库和驱动 库,设计人员可以编写自己的库。这些必须在一个指定的 目录中（YOUR_PROJECT/sw _services或 library_name/sw_services）。LIBRARY_NAME属性允许 设计人员为驱动指定任何名字（该名字也是库目录的名 字）。源文件和MAKE文件必须在LIBRARY_NAMEsrc 目录下。MAKE应该有对象（include和libs）。每个库应 该包含MLD文件和Tcl文件（在data子目录中）。参考已 经存在的EDK库来了解库的结构。,库产生器生成库和驱动 OS Block,MSS文件包含为每个处理器实例包含一个OS块。OS 块包含对OS名字(OS_NAME参数)和版本（OS_VER）参 考。这些参数没有默认值。bsp目录中包含用于OS的C源 文件、头文件和MAKE文件。 MLD文件为每一个OS指定了可配置的选项。每个 MLD文件都有Tcl文件与之关联。,库产生器生成库和驱动 OS Block,设计人员可以编写自己的OS。这些必须在一个指定的 目录中（YOUR_PROJECT/bsp或library_name/bsp）。 OS_NAME属性允许设计人员为OS指定任何名字（该名字 也是OS目录的名字）。源文件和MAKE文件必须在 OS_NAMEsrc目录下。MAKE应该有对象（include和 libs）。每OS库应该包含MLD文件和Tcl文件（在data子目 录中）。参考已经存在的EDK的操作系统OS来了解OS的 结构。,平台规范工具,平台说明工具（Platform Specification Utility， PsfUtility）工具能自动生成微处理器外设定义 （Microprocessor Peripheral Defination，MPD）文 件。MPD文件用于建立EDK相容的IP核。这个工具的 特性能通过XPS的创建和导入外设向导（Create and Import Peripheral Wizard）提供。,平台规范工具,设计者使用psfUtility从IP核的VHDL规范来建立MPD 规范。建立核和通过EDK提供的步骤为： 1）用VHDL或Verilog语言编码，对所有的总线信号 （时钟信号、复位信号和中断信号）使用严格的命名规范。 2）建立一个XST工程文件或者PAO文件，列出实现IP 的所有的HDL源文件。 3）通过提供XST工程文件或PAO文件使用PsfUtility工具。,FLASH存储器编程 -flash编程,典型的，设计者可以对flash进行下面进行编程： 可执行/可引导的应用程序的映像文件 FPGA的硬件比特流文件 文件系统的映像，数据文件，例如简单数据和算法的表格,FLASH存储器编程 -flash编程,第一种情况最普遍，当处理器离开复位状态时， 开始执行保存在处理器复位位置指定的BRAM内的代 码。 典型的，BRAM非常小以至于不能提供整个设计 的软件应用程序的映像。 因此，设计人员可以将软件应用程序的映像保存 在flash中。设计一个可以装在BRAM内的小的引导启动 代码，离开复位后，从flash中读取软件应用程序的映 像文件，然后将其复制复制到外部的存储器中，然后 将控制传送到设计的软件应用程序中。,FLASH存储器编程 -flash编程,设计人员通过工程所建立的软件应用程序是可执行 的ELF格式。通常并不存储和引导ELF映像文件本身， 这是因为启动引导一个ELF映像文件会增加启动引导的 复杂度。取而代之的是，ELF的映像文件被转化成一个 通用的引导启动映像格式，例如：SREC(Motorola-S记 录格式)或IHEX，这样启动引导就变得简单，代码长度 也减少了。,FLASH存储器编程 -支持Flash硬件,FLASH存储器编程对话框允许设计人员对板上的 外部CFI(Common Flash Interface,CFI)接口兼容的并行 存储器进行编程，方法是通过外部存储器（Externel Memory Controller, EMC）IP核连接。编程方案被设计 成是通用的，并且面向不同Flash硬件和布局。,FLASH存储器编程 -支持Flash硬件,通过与处理器连接的调试器来实现编程。XPS 或者SDK在目标处理器上下载和执行小的系统内 Flash编程存根（stub）。主机Tcl脚本使用命令驱动 系统内Flash编程存根（stub）来完成对Flash的编 程。对话框不处理或理解被编程的映像文件，只是 将其编程到flash存储器上。设计的软件应用和硬件 设置必须推断出编程所期望的文件内容。表4.5给出 了所支持的Flash的配置。表5.6给出了CFI定义的命 令集。,FLASH存储器编程 -支持Flash硬件,FLASH存储器编程 -支持Flash硬件,FLASH存储器编程 -支持Flash硬件,默认情况下，flashwriter程序只支持那些CFI设备， 即其扇区映射匹配存放在CFI表中的内容。一些flash厂 商知道在CFI中存放扇区映射，但是根据flash启动结构 有所不同。 当对flash进行编程时，假定满足下面条件： （1）flash硬件假定在复位状态； （2）所有的flash扇区都假定在非保护状态； （3）flash编程存根不会解锁或者初始化flash。如果flash不 在准备状态或者非锁定状态时，将产生错误报告。,FLASH存储器编程 -编程的先决条件,在使用编程Flash存储器对话框时，必须满足下面先决 条件： 1）在合适的EDK工程中，打开对话框；对话框从当前打开的 EDK工程中推断和使用数据； 2）设计的硬件必须在flash和至少一个处理器之间通过 PLB/AXI EMC外设正确的连接； 3）设计人员必须确认通过JTAG和主机连接，使用工程 的比特流文件初始化FPGA，这是因为对话框通过下载和 执行flashwritter程序来工作。,FLASH存储器编程 -编程的先决条件,4）必须使用XMD调试选项对话框来指定当前设计的调试器的 信息。如果使用MicroBlaze处理器来编程flash存储器，处理 器必须将MDM和flash连接。如果XMD STUB软件插入的监 视器用于与处理器的调试连接，则不能执行flash编程操作。 5）在之前必须执行产生库和BSP的步骤，这是因为flashwritter使 用处理器的库。 6）Flashwritter必须有至少8KB的空间。Flashwritter本身会占用一 大部分的储存器。剩余的一大块区域用于缓冲来自主机的比 特流。因此，当分配给flashwritter的空间多余8KB时，将大大 提高flashwritter的速度，这对于大的映像文件的编程是非常重 要的。,FLASH存储器编程 -编程对话框,单击TOOLS-Program Flash Memory来打开编程Flash 存储器对话框。在对话框下给出下面的信息。 1、需要编程的文件 通过浏览文件和选择文件，或者给出文件的路径，来 选择需要编程到flash设备上的文件。,FLASH存储器编程 -编程对话框,2、自动转换文件 选择自动转换文件检验栏（check box），当文件要 编程到flash中时，必须转化和以映像文件的格式保存在 flash中。选择映像文件的格式，比如，SREC。只有当 编程的文件是ELF格式的时候，才可以使用自动转换文 件选项。 当创建启动装入（bootloader）代码时或者将ELF格 式的启动装入代码转换成普通的启动装入映像格式 （SREC）时，这个选项非常有用。,FLASH存储器编程 -编程对话框,3、处理器实例 选择通过EMC控制器和flash设备连接的处理器。这个 处理器将被用来执行flashwriter程序。 4、Flash存储器属性 1）实例名字 选择存储器控制器的实例名，该控制器用来和目标版上的flash 设备接口。 2）编程的偏移地址 选择编程flash的偏移地址，在该偏移地址下开始编程映像文 件。如果设计人员想在flash不同的区域编程不同的文件映像， 每次可以改变这个参数来选择在flash内不同的位置来编程文 件。,FLASH存储器编程 -编程对话框,5、便笺式（Scratch Pad）存储器属性 选择便笺式存储器控制器的实例名，该控制器用来和 目标版上的空闲的便笺式存储器连接，而该存储器用来存 储flashwritter。该存储器必须满足前面的大小要求。不要 和flash选择相同的存储器控制器。 6、创建Flash启动代码 选择Create Flash Bootloader检查栏来自动的为该配置 创建启动装入应用程序。 在SW Application Project域内，指定启动装入应用程 序的名字。使用自动产生的值来初始化启动装入应用程序 的名字，如果需要的话，设计人员可以改变这个值。,FLASH存储器编程 -编程对话框,7、编程存储器 单击Program Flash按钮开始flashwriter。对话框在XPS 控制台释放XMD。算法的剩余部分从控制台执行。,FLASH存储器编程 -定制Flash编程,上面所介绍的编程flash的配置可能不适合设计者的要 求，比如，硬件和前面的CFI命令集不兼容或者存储器大 小的限制。该部分简单的介绍flash编程的算法，设计人员 可以为特殊的配置进行定制。 当单击Program Flash按钮时，产生下面的事件序列： 1、flash_params.tcl文件被写入到etc/文件夹下。这包含用来描 述flash编程会话的参数，并且被Tcl文件使用。,FLASH存储器编程 -定制Flash编程,2、XPS使用在XMD上执行的Tcl脚本来发布XMD，比如： xmd tcl flashwriter.tcl 这个flashwriter主脚本来自安装程序。当运行Program Flash按钮 时，如果运行自己的驱动脚本，需要在设计工程的根目录下存放自 己的fashwriter.tcl脚本。XMD首先在该目录下查找该脚本，然后才会 在其它目录下查找该脚本；,FLASH存储器编程 -定制Flash编程,3、flashwriter Tcl脚本从etc/flashwriter文件夹下拷贝flashwriter 应用程序源代码。在本地编译应用程序，在所选的便笺式存储器 的地址范围外执行程序。如果希望编译自己设计的flashwriter源代 码，需要修改在本地工程文件夹下的fashwriter.tcl脚本，使其编译自 己的flashwriter源代码。,FLASH存储器编程 -定制Flash编程,4、脚本下载flashwriter到处理器。通过存储器内的邮箱，脚本和 flashwriter程序通信。换句话说，根据在flashwriter地址空间的变量 写参数到存储器位置，并且执行flashwriter。 5、脚本在每个操作结束时，等待flashwriter调用一个回调函数， 通过在函数上设置断点，在回调函数时停止执行程序。一旦 flashwriter停止执行时，主机上的Tcl将处理结果，并且继续执行更 多要求的命令；,FLASH存储器编程 -定制Flash编程,6、当编程时，flashwriter只擦写那些需要保存映射文件的存储器 区域； 7、如果试图进行一次编程，Tcl下载整个映像文件到存储器中， 并且让flashwriter完成编程操作。如果在流模式下编程，它反复的操 作（stream）映像文件的每一块，并且让flashwriter以大块方式对 flash编程。它在flashwriter内的存储器缓冲区保存这些大块。 8、一旦编程完成，flashwriter Tcl发生退出命令到flashwriter，并 且终止XMD会话。,FLASH存储器编程 -定制Flash编程,下面给出用于定制流程的步骤示例： 1从/data/xmd/flashwriter.tcl目录复制 flashwriter.tcl到EDK的工程文件下； 2在EDK工程下建立sw_services目录（如果不存在） 3复制/data/xmd/flashwriter目录到sw_services目 录； 4编辑flashwriter.tcl文件的行 set flashwriter_srcfile join $xilinx_edk “data” “xmd” “flashwriter” “src” 将其改为 set flashwriter_srcfile join “.” “sw_services” “flashwriter” “src”,FLASH存储器编程 -定