基于MicroBlaze的可重构嵌入式系统设计

开篇：润墨网以专业的文秘视角，为您筛选了一篇基于MicroBlaze的可重构嵌入式系统设计范文，如需获取更多写作素材，在线客服老师一对一协助。欢迎您的阅读与分享！

摘要:基于microblaze软核设计了一个可重构嵌入式系统,可完成基于嵌入式Web服务器的远程监控。介绍了Xilinx微处理器软核MicroBlaze的定制、硬件平台的搭建及uCLinux操作系统的剪裁,最后给出了实现远程监控的程序流程图。

关键词:可重构MicroBlaze软核;嵌入式系统;XilinxFPGA

中图分类号:TP39 文献标识码:A文章编号:1007-9599 (2010) 05-0000-02

Design of Embedded Refactoring System Based onMicroBlaze

Tang Pei,Huang Peng

(Yangtze University,School of Computer Science,Jingzhou434023,China)

Abstract:A Refactoring embedded system based on the MicroBlaze soft-core can be used to complete the remote monitoring based on embedded Web server.In this thesis,We'll introduce some information of Xilinx MicroBlaze soft-core microprocessor and the way of customizing the hardware platform and How to cut the operating system uCLinux.At last,We'll give the remote monitoring program flow chart.

Keywords:Refactoring MicroBlaze soft-core;Embedded systems;

XilinxFPGA

可重构技术是目前计算机系统研究中的一个新热点,是指依靠软件编程来改变系统的硬件结构,以适应不同应用的一种技术,也称为自适应计算平台。作为一种新的体系结构,可重构技术可依据不同的应用,将同一个器件重新定制,以完成不同的任务,从而达到降低开发成本、加快开发进度的目的。本文基于Xilinx的Spartan-3E开发板,设计了一个可重构的嵌入式系统,实现基于嵌入式Web服务器的远程监控。

一、可重构嵌入式平台

可重构嵌入式平台的体系结构是由FPGA发展而来的。目前已见报道的可重构嵌入式平台多数都采用了多FPGA的结构,根据应用场景的不同,还可包含多CPU或专用存储器。由于FPGA固有的特点以及应用范围的不断扩大,逐渐成为目前最常用的可重构器件。本文采用内嵌Microblaze的Spartan3E实现了一个可重构样机平台。

(一)Spartan-3E开发板

Spartan-3E是Xilinx公司Spartan系列的最新产品,是在Spartan-3成功的基础上进一步改进的产品,提供了比Spartan-3更多的I/O端口,更低的单位成本,是目前Xilinx公司性价比最高的FPGA芯片。其应用比较广泛:支持32位RISC处理器;内嵌Xilinx的MicroBlaze软核,可用于嵌入式系统的开发;支持DDR接口的应用;支持基于Ethernet网络的应用;支持大容量I/O的扩展应用。

(二)MicroBlaze软核

MicroBlaze处理器是Xilinx公司针对嵌入式处理器开发应用推出的一种32位嵌入式处理器内核,简单但灵活性强,在目标器件中可以与其他外设IP核及用户IP核一起,构成指定功能的片上系统(System On Chip,SOC)。MicroBlaze处理器的内部结构如图1所示。

其中:

DOPB:器件内部的设备数据接口总线,用于处理器与片内的设备进行数据交换。

DLMB:实现数据交换的本地块存储器总线,该总线为处理器内核与块存储器(BRAM) 之间提供专用的高速数据交换通道。

IOPB:用于实现外部程序存储器的总线接口。当程序较大时,需要外接大容量的存储器,该总线提供读取指令的通道。

ILMB:用于取指令的本地存储器总线,该总线与器件内部的块存储器(BRAM)相连,实现高速的指令读取。

MFSL0. . 7 :主设备数据接口,提供点对点的通信通道。

SFSL0. . 7 :从设备数据接口,提供点对点的通信通道。

由于MicroBlaze处理器在FPGA中实现,并且可以方便控制外部电路,因此利用MicroBlaze微处理器作为 FPGA在线重配置系统的控制器是较好的选择。

(二)硬件平台的搭建

系统硬件平台由Microblaze处理器软核及RS232_DCE、LEDs_bit、Ethernet_MAC、DDR_SDRAM_16M*16、OPB_TIMER等IP核构成,处理器软核及IP核可利用EDK9.1嵌入式开发工具进行配置。硬件系统的结构如图2所示。

(三)嵌入式操作系统设计

在搭建好的硬件平台上根据需要裁剪μCLinux内核,将交叉编译生成的内核镜像与根文件系统用EDK9.1下载到开发板上,即构成了可重构的嵌入式系统。

编译μClinux内核需要先用EDK工具生成硬件平台的BSP,利用BSP提供的处理器硬件配置文件配置μClinux内核,选择需要的驱动模块,编译生成内核镜像文件。在配置内核的同时通过选择开源软件Busybox选项构造系统常用的程序和命令,在Busybox生成的目录和文件的基础上再构造根文件系统的目录树,并添加相关设备文件和配置文件以及系统运行时需要的脚本文件,从而形成最终的根文件系统,最终在编译内核时将文件系统作为映像编译到内核中。

(四)远程监控设计

利用Linux系统提供的进程调度和网络通信功能,本系统设计了一个支持多进程的Web服务器,利用HTML代码和C#代码制作了一些相关网页,并采用C语言编写了一些简单的应用程序。用户可以通过浏览服务器端的网页,向服务器发出使用应用程序的请求,服务器接收请求后,对该请求进行分析解释并执行相应的操作,最后将用户要求的内容或者出错信息以HTTP应答方式返回。服务器端对远程用户请求进行处理的程序流程如图3所示。

本文是基于Microblaze的SoPC设计,并实现了一个具体的应用――远程主机通过WEB网络对终端开发板进行操作和控制。该应用简单、灵活,成本较低,选材简单,效率较高。

五、结语

本文基于MicroBlaze软核设计了一个可重构的嵌入式系统,完成基于嵌入式Web服务器的远程监控。系统基于Xilinx公司的MicroBlaze处理器软核,搭载经过裁剪的μClinux组成一个完整的嵌入式系统,嵌入支持多进程的Web服务器及相关的网页和简单应用程序,用于完成远程的访问与监控。可有效降低服务器的构建成本,避免处理器的更新换代,扩展产品的生命周期。依此方法构建嵌入式服务器,目前在国内尚不多见,具有一定的创新意义。

参考文献:

[1]赵峰,马迪铭等.FPGA上的嵌入式系统设计实例[M].西安:西安电子科技大学出版社,2008

[2]赵泽才,常青.基于MicroBlaze 的嵌入式系统设计[J].现代电子技术,2006(10):56-57

[3]Razali.J,David.A,Wesley.P.Evaluation of the Hyrid Multithreading Programming Model using Image Proeessing Transforms[Cl].Parallel and Distributed Proeessing SymPosium 2005

[4]刘殿敏,李科杰.基于Linux嵌入式HTTP网络服务器的设计与实现[J].计算机工程,2004(23):193-195

本论文的工作得到国家大学生创新性实验计划(NO.0833)支持。