Xilinx 設(shè)計流程和軟件 BSP 生成

Xilinx 處理器的設(shè)計包含硬件平臺裝配流程和嵌入式軟件開發(fā)流程。這些流程都通過 Xilinx Platform Studio (XPS) 工具加以管理，該工具屬于 Xilinx 嵌入式開發(fā)套件 (EDK) 的一部分。

設(shè)計通常始于在 XPS 中裝配與配置處理器及與其相連接的配件。定義好硬件平臺后，就可以配置系統(tǒng)的軟件參數(shù)了。
Platform Studio 的一個主要特點是，它可以根據(jù)您對處理器、外設(shè)和嵌入式操作系統(tǒng)的選擇和配置來定制 BSP。系統(tǒng)通過硬件設(shè)計的疊代改變而發(fā)展，同時，BSP 隨著平臺而發(fā)展。

自動生成的 BSP 可賦予嵌入式系統(tǒng)設(shè)計者以下能力：

• 自動創(chuàng)建與硬件設(shè)計完全匹配的 BSP
• 使用預(yù)認證的組件消除 BSP 設(shè)計錯誤
• 立即啟動應(yīng)用軟件開發(fā)，增加設(shè)計者的產(chǎn)量

創(chuàng)建用于 WindRiver VxWorks 的 BSP

Platform Studio 可生成用于 Xilinx Virtex™-II Pro 和 Virtex-4 FPGA 中的 PowerPC™ 405 處理器及其外設(shè)的定制 Tornado 2.0.x (VxWorks 5.4) 或 Tornado 2.2.x (VxWorks 5.5) BSP。生成的 BSP 包含系統(tǒng)必需的所有支持軟件，包括：引導(dǎo)代碼、設(shè)備驅(qū)動程序和 VxWorks 初始化。

在 Platform Studio 定義完具有 PowerPC 405 處理器的硬件系統(tǒng)后，只需遵循以下三個步驟即可生成用于 VxWorks 的 BSP：

• 使用軟件設(shè)置對話框（見圖 2）選擇要為系統(tǒng)使用的操作系統(tǒng)。Platform Studio 用戶可選擇 vxworks5_4 或 vxworks5_5 作為其目標(biāo)操作系統(tǒng)。
• 選擇了操作系統(tǒng)后，可轉(zhuǎn)到資料庫/操作系統(tǒng)參數(shù)標(biāo)簽（如圖 3 所示），根據(jù)定制硬件調(diào)整 Tornado BSP。您可以選擇系統(tǒng)中的任意 UART 器件作為標(biāo)準(zhǔn) I/O 器件（標(biāo)準(zhǔn)輸入和標(biāo)準(zhǔn)輸出）。這將使該設(shè)備被用作 VxWorks 控制臺器件。
  您還可以選擇將哪些外設(shè)作為連接外設(shè)，將哪些器件緊密集成到 VxWorks 操作系統(tǒng)。例如，Xilinx 10/100 以太網(wǎng) MAC 可以集成到 VxWorks 增強型網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動（Enhanced Network Driver 即 END)接口?；蛘撸槐貙⒁蕴W(wǎng)器件連接到 END 接口，而從 VxWorks 應(yīng)用程序直接訪問它。
• 選擇“工具 > 生成資料庫”和 BSP 菜單選項，生成 Tornado BSP。生成的 BSP 與傳統(tǒng)的 Tornado BSP 相似，位于 ppc405_0/bsp_ppc405_0 下的 Platform Studio 項目目錄中（見圖 4）。

注：ppc405_0 為硬件設(shè)計中 PowerPC 405 處理器的實例名。Platform Studio 用戶可指定其他實例名，此時，BSP 的子目錄名稱會匹配處理器實例名。

通過 Platform Studio 生成的 Tornado BSP 具有一個 Makefile 文件，如果希望使用 Diab 編譯器而不是 Gnu 編譯器，可在命令行修改此文件。

Tornado BSP 完全獨立，并可以傳輸?shù)狡渌夸浳恢?，?BSP 的標(biāo)準(zhǔn) Tornado 安裝目錄：target/config。

定制 BSP 詳細信息

由 XPS 生成的用于 VxWorks 的 BSP 與大多數(shù)其他 Tornado BSP 相似，只是 Xilinx 設(shè)備驅(qū)動程序代碼的位置有所不同。與 Tornado 相關(guān)的現(xiàn)成的設(shè)備驅(qū)動程序代碼通常位于 Tornado 分布目錄的 target/src/drv 目錄中，而由 Platform Studio 自動生成的 BSP 的設(shè)備驅(qū)動器代碼位于 BSP 目錄本身中。

圖 5 – Tornado 2.x 項目：VxWorks 標(biāo)簽

基于 FPGA 的嵌入系統(tǒng)之動態(tài)特性是造成此微小差別的原因。因為基于 FPGA 的嵌入系統(tǒng)可以用新的或更改后的 IP 重新編程，設(shè)備驅(qū)動程序可以改變，因此就需要對設(shè)備驅(qū)動程序源文件進行更為動態(tài)的放置。表 4 為自動生成的 BSP 的目錄樹。Xilinx 設(shè)備驅(qū)動程序放置在 BSP 子目錄 ppc405_0_drv_csp/xsrc 中。

Xilinx 設(shè)備驅(qū)動程序在 C 盤中執(zhí)行并分布在數(shù)個源文件中，這點不同于傳統(tǒng)的、通常由單個 C header 和執(zhí)行文件組成的 VxWorks 驅(qū)動程序。此外，對于設(shè)備驅(qū)動程序，既有獨立于操作系統(tǒng)的執(zhí)行，又有可選的依賴于操作系統(tǒng)的執(zhí)行。

驅(qū)動程序的操作系統(tǒng)獨立部分應(yīng)同任何操作系統(tǒng)或處理器一起使用。它提供了一種應(yīng)用程序接口 (API)，能提取基礎(chǔ)硬件的功能。驅(qū)動程序的操作系統(tǒng)附屬部分對驅(qū)動程序進行調(diào)整，使其得以在 VxWorks 之類的操作系統(tǒng)下使用。例子有串行端口使用的 Serial IO 驅(qū)動程序和以太網(wǎng)控制器使用的 END 驅(qū)動程序。只有能被緊密集成到標(biāo)準(zhǔn)操作系統(tǒng)接口的驅(qū)動程序才要求操作系統(tǒng)附屬驅(qū)動程序。

Xilinx 驅(qū)動程序源文件加入 VxWorks 映像構(gòu)件的方式同其他 BSP 文件加入的方式相同。針對每個驅(qū)動程序，在 BSP 目錄中都有一個名為 ppc405_0_drv_driver_version>.c 的文件。此文件包括針對給定設(shè)備的驅(qū)動程序源文件 (*.c)，并自動由 BSP makefile 編譯。

該過程與 VxWorks sysLib.c 針對 Wind River-supplied 驅(qū)動程序納入源文件的過程相似。Xilinx 驅(qū)動程序文件不像其余驅(qū)動程序一樣單純納入 sysLib.c 的原因，在于命名空間的沖突和可維護性問題。如果所有的 Xilinx 驅(qū)動程序文件都是單個編譯單元的一部分，那么靜態(tài)功能和數(shù)據(jù)就不再處于保密狀態(tài)了。這會對設(shè)備驅(qū)動程序產(chǎn)生限制，也會抵消其操作系統(tǒng)獨立性。

表 6 – Tornado 2.x 項目：文件標(biāo)簽

與 Tornado IDE 集成

自動生成的 BSP 被集成到 Tornado IDE（項目設(shè)備）。BSP 可從命令行使用 Tornado make 工具編譯，或從 Tornado Project 編譯。生成 BSP 后，只需在命令行鍵入 make vxWorks 來編譯可啟動的 RAM 映像。這是假定此前已設(shè)置了 Tornado 環(huán)境（此設(shè)置可以在 Windows 操作平臺上在命令行使用 host/x86-win32/bin/torVars.bat 來完成）。如果您使用的是 Tornado Project 設(shè)備，可以在新生成的 BSP 的基礎(chǔ)上創(chuàng)建一個項目，然后使用通過 IDE 提供的構(gòu)件環(huán)境編譯此 BSP。
Tornado 2.2.x 不僅支持 gnu 編譯器，還支持 diab 編譯器。Platform Studio 創(chuàng)建的 Tornado BSP 有一個 makefile，如果您想使用 diab 編譯器而不是 gnu 編譯器，則可以在命令行修改此 makefile。尋找稱為“工具”的生成變量，將值設(shè)置到“diab”而不是“gnu”。如果使用 Tornado Project 工具，項目最初創(chuàng)建時，可選擇所需的編譯器。

文件 50ppc405_0.cdf 位于 BSP 目錄下，并在創(chuàng)建 BSP 的過程中加以更改。此文件將設(shè)備驅(qū)動程序融入了 Tornado IDE 菜單系統(tǒng)。驅(qū)動程序在“硬件 > 外圍設(shè)備”子文件夾處與 BSP 結(jié)合在一起。在其下面是單獨的設(shè)備驅(qū)動程序文件夾。圖 5 顯示一個帶有 Xilinx 設(shè)備驅(qū)動程序的菜單。

Tornado Project Facility 的“文件”標(biāo)簽也會顯示用來將 Xilinx 設(shè)備驅(qū)動程序與 Tornado 構(gòu)建過程結(jié)合在一起的文件數(shù)量。這些文件由 Platform Studio 自動創(chuàng)建，您只需要知道其存在就行了。圖 6 顯示一個驅(qū)動程序構(gòu)建文件的示例。

一些常用設(shè)備與操作系統(tǒng)緊密結(jié)合，而其他設(shè)備可通過直接使用設(shè)備驅(qū)動程序從應(yīng)用程序上訪問。與 VxWorks 緊密結(jié)合的設(shè)備驅(qū)動程序包括：

• 10/100 以太網(wǎng) MAC
• 10/100 以太網(wǎng) Lite MAC
• 1 Gigabit 以太網(wǎng) MAC
• 16550/16450 UART
• UART Lite
• 中斷控制器
• System ACE™ 技術(shù)
• PCIe

所有其他設(shè)備及相關(guān)的設(shè)備驅(qū)動程序并未緊密集成到 VxWorks 接口，而只是與其松散集成。對這些設(shè)備的訪問可通過從用戶應(yīng)用程序直接訪問相關(guān)設(shè)備驅(qū)動程序來進行。

結(jié)束語

隨著基于嵌入式處理器的 FPGA 日益受人喜愛并得到廣泛應(yīng)用，能將硬件和軟件流程有效組織在一起的工具解決方案應(yīng)運而生，對幫助設(shè)計者工作效率跟上芯片的進展起到了關(guān)鍵作用。

Xilinx 用戶一直非常認可 Platform Studio 及其與 VxWorks 5.4 and 5.5. 的集成。Xilinx 將對 Wind River 流程的開發(fā)予以不懈支持，此流程不久就會包括對 VxWorks 6.0 和 Workbench IDE 的支持。

Microprocessor Library Definition (MLD)

啟用動態(tài)和定制 BSP 生成的技術(shù)是以稱為 Microprocessor Library Definition (MLD) 的 Xilinx 專有格式為基礎(chǔ)的。該格式向第三方供應(yīng)商提供一個應(yīng)用于 Xilinx Platform Studio 的插入接口，以啟動定制庫和針對特定操作系統(tǒng)的 BSP 生成（查看圖 7）。MLD 接口由第三方公司為特定的流程編寫的典型程序。它啟用了下列附加功能：

• 啟用了定制設(shè)計規(guī)則檢查功能
• 提供了為目標(biāo)操作系統(tǒng)環(huán)境定制設(shè)備驅(qū)動程序的功能
• 提供了在針對操作系統(tǒng)工具鏈的格式和文件夾結(jié)構(gòu)中定制創(chuàng)建 BSP 的功能
• 提供了為所使用的硬件系統(tǒng)定制一個 OS/kernel 的功能

MLD 接口是一個已發(fā)布且得到公認的基于 ASCII 的標(biāo)準(zhǔn)。每個實時操作系統(tǒng) (RTOS) 流程均具備各自獨特的 MLD 文件集。一個 MLD 文件集包括以下兩個文件：

• 一個數(shù)據(jù)定義 (.mld) 文件。該文件通過 Platform Studio 設(shè)置的一組參數(shù)來定義資料庫或操作系統(tǒng)。這些參數(shù)值保存在 Platform Studio 內(nèi)部數(shù)據(jù)庫中，在輸出數(shù)據(jù)期間供腳本文件使用。
• 一個 .tcl 腳本文件。此文件通過 XPS 調(diào)用來創(chuàng)建定制 BSP。該文件包含一組可以訪問整個數(shù)據(jù)庫的程序，因此可以按照流程要求撰寫定制輸出格式。

EDK 文檔對 MLD 語法進行了詳述（請通過 www.xilinx.com/cn/ise/embedded/ psf_rm.pdf查閱“平臺規(guī)范格式參考手冊”）。您還可以在位于 sw/lib/bsp 下的 EDK 安裝指南中查看 MLD 示例。

一旦為特定 RTOS 流程創(chuàng)建了 MLD 文件，就需要將這些文件安裝到特定路徑中，以便 Xilinx Platform Studio 在下一次調(diào)用 RTOS 時能找到它們。XPS 對話框中的特定 RTOS 菜單選擇此時會變?yōu)榛钴S狀態(tài) (Project > SW Platform Settings > Software Platform > OS)。

目前，可以在 XPS 中使用以下合作伙伴的 MLD 文件：

• Wind River (VxWorks 5.4, 5.5)（包括于 Xilinx Platform Studio 中）
• MontaVista (Linux)（包括在 Xilinx Platform Studio 中）
• Mentor Accelerated Technologies (Nucleus)（可通過 www.xilinx.com/cn/ise/embedded/mld/ 下載）
• GreenHills Software (Integrity)（可通過 www.xilinx.com/cn/ise/embedded/mld/ 下載）
• Micrium (µc/OS-II)（可通過 www.xilinx.com/cn/ise/embedded/mld/ 下載）
• µcLinux（可通過 www.xilinx.com/cn/ise/embedded/mld/ 下載）。
  

作者：Rick Moleres 軟件 IP 經(jīng)理 Xilinx, Inc. @xilinx.com">rick.moleres@xilinx.com

Milan Saini 技術(shù)營銷經(jīng)理 Xilinx, Inc. @xilinx.com">milan.saini@xilinx.com