FPGA应用程序加载[共43页]

1、 FPGA 是通过逻辑组合电路来实现各种效用的器件。由于FPGA内部集成了大量的逻辑资PowerPC405 处理器 , 4 个FPGA内部自带的 RAM 空间是MICRON 公司的 256Mb DDR 内存,作为上电时操作效用 。本设计由于对网络数据实时性要求很高,因此采用Marvell 公司的千兆以太网 PHY芯DDR 中能快速有效的运FLASH中。加 FPGA为核心,向外扩展各种设备,因此特别注意了IPCORE,以便操作系统能正EDK10.1.2 版本, PPC方面选用 ppc405 ISE 中,然后统一编译,这Linux 系统的所有应用程序、库以及系统配Busybox 构造。 构造完成之

2、并添加相关设备文ramdisk.image 。linux 内核时,需要设置好交叉CROSS_COMPILE=ppc_4xxppc /PowerPc/ELDK/binexportCROSS_COMPILE PATH Flash中后,需要 FPGA在上电后自FPGA自身挥了操作系统和 FPGA各自的优势。但是也发现,Xilinx FPGA器件而优化的效用强大的微处理器。 它内部采CoreConnect 片上总线的标准外设计集合,具有 兼容性和重复利用性, 且可根据性能需求和逻辑区域成本任意裁减, 极大地扩展了应用范围,其最精简的核只需要将近400 个 Slice。MicroBlaze 的 Core

3、Connect 总线、它能够将 FPGA内各种不同的 IP 核连接到一起组成一个完整的系统。 CoreConnect 总线是一个总线标准的集合,它包括 PLB总线(Processor Local Bus,处理器本地总线 ),LMB 总线(Local Memory Bus,高速本地存储器总线 ),FSL(Fast Simplex Lin,k快速单连接 )总线,以及 XCL(Xilinx CacheLink总) 线等。12 系统结谈判外部设备概述本系统主要是在 Virtex-4 开发板上构建一个以 MicroBlaze 处理器为中心的嵌入式信号处理系统,在 FPGA内部实现系统的总线架构、 数据存

4、储、 地址译码、 外设接口等系统部件和效用。各效用部件在 FPGA内部都以 IP核的形式构建并连接,整个系统的结构框图如图1 所示。其中,SysACE用于存放文件系统和应用程序配置文件,INTC用来实现中断控制； GPIO 和 UART16550 用于系统调试, 自定义 IP 核 DDC 用来实现数字接收机下变频效用, 这些外设通过 PLB总线与 MicroBlaze 处理器和 DDR相连；用于快速傅里叶变换的自定义线与 Micr-oBlaze 内部通用寄存器直接相连,实现了数据的快速传输；IP 核 FFT通过 FSL总DDR 通过 XCL总线与MicroBlaze 处理器相连,实现了 Mic

5、roBlaze 处理器对片外存储器的高速访问。13 嵌入式操作系统的选择选用 PetaLinux 嵌入式操作系统。它是PetaLogix 公司专门针对 FPGA的片上系统设计的嵌入式 Linux 开发套件,在满足应用工程的逻辑编程能力和对嵌入式Linux 要求的同时,可极大地缩短产品开发周期。 PetaLinux 作为专门针对于 Xilinx FPGA的嵌入式 Linux 解决方案, 不但提供了专门的 BSP生成器, 而且提供了众多的参考设计, 可以帮助设计者快速掌握 PetaLinux的配置方法。 PelaLinux 内核正在不断的完善之中,且不断地加入基于 Xilinx FPGA嵌入式系统

6、 IP 核的设备驱动,比如 XilinxUSB、SysACE、FSL总线设备驱动、 101001000M 三态以太网 MAC 等。这些设备驱动极大地减轻了嵌入式系统开发者的工作量,缩短了产品开发的周期。2 PetaLinux 系统移植在 SOPC硬件系统构建完成后,就要针对此结构配置操作系统内核,下面介绍具体步骤。21 建立交叉编译环境嵌入式系统开发一般采用交叉编译的方法, 即在宿主机上对内核和应用程序进行编译, 生成目标机处理器可执行的二进制位流文件,将此文件下载到目标机运行。PetaLinux 针对MicroBlaze 处理器建立了交叉编译器, 运行 sourcesettingssh 脚本

7、, 系统会自动建立交叉环境。22 建立硬件平台PetaLinux 为每个应用工程建立一个文件夹,里面保存该工程的硬件配置。在移植PetaLinux 时 ,只需 选择相 应的硬件 平台 , 内核就 会读取该工 程文 件夹下 的配置 文 件。使 用PetaLinux-new-platform 命令建立硬件平台,如果使用 MMU( 虚拟内存管理单元 ),则在此命令后添加 -m 选项。硬件平台建立起来后,运行Seletion 选项中,选择该硬件平台。make menuconfig 命令,在 VendorProduct另外,还需将在 EDK下生成的配置文件转换成Linux 操作系统可以识别的格式。在工程

8、文件夹下运行 PetaLinux-copy-autoconfig 命令,自动完成格式转换,并拷贝配置文件到已选择的工程文件夹下。23 添加自定义设备驱动本系统自定义了 IP 核,因此必须开发驱动程序并将其添加到PetaLinux配置中。添加自定义设备驱动主要步骤如下：在平台配置目录下Makefile 文件中添加语句 platobj-$(CONFIG_PETALOGIX_DDC)+=ddc o和$(obj) ddco：config 使设备初始化函数 ddcC 与内核配置相关联； 在 驱 动 程 序 所 在 目 录 下 的obj-$(CONFIG_PETALOGIX_DDC)+=ddc_adapt

9、er o 使设备驱动程序 ddc_adapter c 与内核配置相关联；Makefile 文 件 中 添 加修改设备驱动程序所在目录下的加以下语句：Kconfig 文件,使配置内核时可以选择该设备驱动,并添PetaLinux 内核时选择自定义的设备驱动。通过以上文件的修改,就可以在配置24 配置 PetaLinux 内核由于 Linux 内核的可裁减性,能够方便地对内核进行修改、裁减、编译,最终移植到一个嵌入式系统中。运行图形编辑工具make menuc-onfig 命令,对内核和系统环境进行配置。在内核配置的设备驱动选项中, 一定要选择与系统硬件配置一致的硬件设备驱动, 否则内核编译时就会出

10、错。针对本系统的硬件配置,主要配置以下几项驱动：Block devices块设备。选择 Xilinx SystemACEsupport。Misc device 混杂设备。 选择 FSL FIFO drive,r 然后进入 FSL Channel Selection,选择 FIFO onFSLO,并选择自添加设备驱动Pet-aLogix DDC101 Driver。Network device support 网络设备。选择 Ethernet(1000Mbit) 子菜单中的 Xilinx 101001000 LLTEMAC support。Character devices字符设备。选择 Ser

11、ial drivers 子菜单中的 825016550 and compatibleserial support 和 Console on 825016550 and compatible serial port 。文件系统选项中,默认选择了自行选择。本系统需要挂载ext2 、romfs 和 cramfs 文件系统,其他文件系统可以根据需要DOS文件系统的 CF卡,因此进行以下配置： DOSFATNT 。选择 MSDOS fssupport。Native Language Support 。选择 Codepage 437(United States ,Canada)。内核配置中的其他配置可以根

12、据目标系统的不同灵活配置,配置完成后保存退出, 自动进入系统环境配置菜单。系统环境配置是对Peta-Linux 的属性、命令进行配置,主要有以下几个选项：System Settings系统设置。 配置系统的网络地址、 默认用户名、 默认登陆密码和所用根文件系统等内容。Core Applications 内核应用。主要配置内核的常用特性。Network Applications 网络应用。配置网络应用时的相关命令。Miscellaneous Applications 混杂应用。配置系统内核中的命令。BusyBox。配置系统内核中的命令。PetaLinux 已经设置好了编译规则,因此配置完成后,依

13、次执行命令make all,建立文件依赖关系,清除旧的文件,编译内核,生成内核3 PetaLinux 启动方案make dep、make clean、image。经过编译的 PetaLinux 内核 image 文件主要有 imagebin、imageelf、imageub。根据选择 image 文件的不同, PetaLinux有 4 种启动方案： XMD 下载启动、TFTP网络下载启动、 Flash启动和 SysACECF卡启动。其中, XMD 和 TFTP网络下载启动方案,在每次系统上电后都必须重新下载,适用于系统调试；Flash启动方案在系统上电后自动从Flash 中读取配置文件,Sys

14、ACECF卡启动方案。但 Flash烧写速度较慢,更改系统配置较为不便。因此,本系统选用使用 SysACE CF卡启动 PetaLinux,先将硬件比特流文件和imageelf 制作成 ACE文件,再复制到 CF卡中,配置 CF卡启动 PetaLinux。制作 ACE文件,可在 EDKShell窗口运行命令：xmd-tcl genacetcl( 命令工具 )-jprog-board m1402( 所需的开发板 )-hw implementation download bit(生成的比特流文件 )-elf imageelf(编译 Linux 内核生成的可执行网表文件-ace systemace(

15、需生成的 ACE文件)成功后,适合于 ML-402 开发板的 ACE文件就生成了。Linux 运行需要根文件系统的支持, 启动时必须加载文件系统以支持系统的运行, 而imageelf中不包含文件系统。 因此,使用 SysACE C F卡启动时必须手动加载文件系统。 在编译 PetaLinux内核时,已经生成了以romfs 文件夹为名称的文件系统,所以只需将CF卡分区和格式化,然后挂载此文件系统。具体步骤如下：将 CF卡挂载到 Linux 系统中, 运行命令 fdiskdevsda 把 CF卡分成 3 个区。 第 1 分区存放 systemace 文件,第 2 分区为 Linux Swap交换分

16、区,第 3 分区存放根文件系统。Linux 下格式化第 3 分区为 ext2 文件系统,运行命令 mke2fsdevsda3。在 etefstab下输入命令 devsda3mnt rootfs auto defaults ,user,noauto 0 0 。把设备 sda3 挂在 Linux 下格式化第 2 分区为交换分区,运行命令SysACE CF卡的启动方案。 图 3.2.1 点击 DDR_SDRAM3.2.1 Base ConfigurationBase ConfigurationPort Type Configuration 3.2.2 Memory Interface选项,Memor

17、y style 选项,Memory density选项, Memory width 选项和 Part No. 选项。图 3.2.6 Memory Part Selector 下拉列表也会包含一个用户选项。 在你选择了 CUSTOM区和 Memory/DIMM Settings 图 3.2.8 Memory Part Settings3.2.9 所示的表明端口号的四个象限。只有与现有 图 3.2.9 Port ConfigurationNPI Width: NPI 的宽度。允许传递途径读内存。允许传递途径读潜在端口。允许传递途径写内存。 图 3.2.11 Read FIFO Config 图 3

18、.2.12 Write FIFO ConfigArbitration 标签栏中,你可以选择用 图 3.2.13 Round Robit BSP 包,以支持主板厂商 bootloader 应该要初始化以及使能至少一个串口,通R2 启动参数标记列表在 CPU 模式： 关闭中断；SVC 模式下的操作, 例如一Cache 和 MMU 的设置：Bootloader 存在的必要性Bootloader 为什么不和 kernel 放到一起呢？ RAM 烧写到外存的能力。CPU 的潜力,出现了许多用网口和 1. MPMC PARAMETER C_USE_STATIC_PHY = 1BRAM 中,所需空间大约为phase shift 值,记下来并填在 DCM 的 Place:292 - The componentsC_MEM_DQ_IO_MS引起的。- MIG 太复杂,通常来讲不推荐自己改代码。因此感觉就算查了MIG PHY 的关键信号帮助33 ,100 ）。结果并不是很理想,但是在现有的这MPMC 控制器和约束上做文章了。10.0.3 运行跳转函数,使其在该函数地址开始运行程序3 SPI Flash 软件引导过程及 SPI