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FPGA在嵌入式系统中的应用 随着计算与通信的融合以及广泛的多媒体处理需求，嵌入式系统得到了前所未有的蓬勃发展嵌入式系统是以专用芯片为核心的专用系统，其特点是面向用户、面向应用、面向产品，软、硬件量体裁衣，满足行业应用个性化的要求，而这也是FPGA器件的特点因此基于FPGA的可配置嵌入式系统开发技术以及相应的片上可编程系统（SOPC）解决方案，不仅可融入微处理器技术、数字信号处理技术、可编程系统级芯片设计和软硬件协同设计技术，还能提供了基于嵌入式智能平台的嵌入式系统的设计方法，还降低了设计难度、缩短了研发周期，必将成为未来的主流趋势之一 嵌入式系统经历了从单片计算机、工业控制计算机、集中分布式控制系统，进而发展到嵌入式智能平台的几个发展阶段从独立单机使用发展到联网设备从以模拟电路为主发展到以数字电路为主、数模混合型，进而进入全数字时代总的来说，嵌入式系统向着更高性能、更小体积、更低功耗、更廉价、无处不在的方向发展嵌入式系统的设计和实现朝着基于芯片，特别是片上可编程系统（SOPC）的方向发展 从系统对上市时间的要求、可定制特性以及集成度等方面考虑，FPGA在嵌入式系统中获得广泛应用，已经从早期的军事、通信系统等应用扩展到低成本消费电子类等产品中。
目前，FPGA在嵌入式系统中主要有3种使用方式：· 状态机模式：无外设、无总线结构且无实时操作系统，达到最低的成本，常应用于VGA和LCD控制等，满足用户的最基本需求 · 单片机模式：包括一定的外设，可以利用实时操作系统和总线结构，以中等的成本，达到中等的性能，常用于控制和仪表 · 定制嵌入模式：高度集成扩充的外设，实时操作系统和总线结构，可达到高性能，常应用于网络和无线通信等 采用65nm生产工艺之后，FPGA器件处理能力更强，且成本低、功耗少，已取代了相当数量的中小规模ASIC器件和处理器，具备开发片上系统（SOC）的规模和动态可编程的能力，在嵌入式应用领域有明显的优势 Xilinx公司的嵌入式开发资源 1．解决方案 Xilinx公司的嵌入式解决方案以3类RISC结构的微处理器为核心，涵盖了系统硬件设计和软件调试的各个方面3类嵌入式内核分别为：PicoBlaze、MicroBlaze和PowerPC，其中PicoBlaze和MicroBlaze是可裁剪的软核处理器，PowerPC为硬核处理器 PicoBlaze是由VHDL语言在早期开发的小型8位软处理器内核包，其汇编器是简单的DOS可执行文件KCPSM2.exe，用汇编语言编写的程序经过编译后放入FPGA的块RAM存储区，汇编器可在3s内编译完存储在块RAM中的程序。
MicroBlaze采用功能强大的32位流水线RISC结构，包含32个32位通用寄存器和一个可选的32位移位寄存器，时钟可达150MHz，在Virtex 4以及更高系列的平台上，运行速度可达120DMIPs（DhrystoneMIPS），占用资源不到1000个Slice PowerPC是32位PowerPC嵌入式环境架构，确定了若干系统参数，用以保证在应用程序级实现兼容，增加了其设备扩展的灵活性Xilinx将PowerPC 405/440处理器内核整合到Virtex 4/5系列芯片中，允许该硬IP核能够深入到FPGA架构的任何部位，提供高端嵌入式应用的FPGA解决方案Virtex 4以及Virtex 5系列的部分芯片中集成了2~4个PowerPC405处理器核 目前使用较多的嵌入式内核是MicroBlaze和PowerPC，工作频率可达到数百兆赫兹，还添加了新的浮点单元选项，使嵌入式开发人员可将系统性能提升至软件仿真速度的百倍以上，非常适合针对网络、电信、数据通信、嵌入式和消费等市场的产品 2．开发工具 嵌入式开发套件（EDK）是用于设计嵌入式可编程系统的全面的解决方案，该套件包括了嵌入式软件工具（Platform Studio）以及嵌入式IBM PowerPC硬件处理器核和/或Xilinx MicroBlaze软处理器核进行Xilinx平台FPGA设计时所需的技术文档和IP。
注意：这里嵌入式软件工具指用来产生、编辑、编译、链接、加载和调试高级编程语言（通常是C或C++）代码的工具，以便在处理器引擎上执行 此外，Xilinx公司提供了大量的硬件平台（即评估板），提供了大量的软、硬件设计参考，使得设计人员可以快速了解嵌入式系统的基本操作和大量IP核的使用方法，并对其完成评估，以确定最优的设计方案一般来讲，最快捷的硬件设计方式是，在设计系统时以相应的评估板为母板，然后对其进行必要的修改 本专题安排 本专题的遵循从设计到应用的思路进行安排，首先给出了Xilinx公司面向嵌入式应用的解决方案，同时对相关器件信息进行了列举其次，介绍了基于Xilinx器件的嵌入式设计的关键技术，包括开发工具EDK、MicroBlaze和PowerPC处理器、常用的嵌入式设计方法和基础知识、EDK提供的IP说明、常用外设的开发以及操作系统的移植最后讨论了嵌入式的各类应用，涵盖了网络连接平台类应用、多媒体应用以及其它工业应用等期望读者通过本专题的阅读，能够对Xilinx的嵌入式解决方案有一定的了解 第1章 嵌入式设计的关键技术 目前使用较多的嵌入式内核是MicroBlaze和PowerPC，工作频率可达到数百兆赫兹，还添加了新的浮点单元选项，使嵌入式开发人员可将系统性能提升至软件仿真速度的百倍以上，非常适合针对网络、电信、数据通信、嵌入式和消费等市场的产品。
Xilinx推出新版嵌入式开发环境与...Xilinx发布新一代完整的嵌入式处...MicroBlaze处理器MicroBlaze的总线接口XILINX新MICROBLAZE 软处理器提高...Xilinx MicroBlaze的调试工具- C...嵌入式系统技术：XILINX推出新版...Xilinx推出新型MICROBLAZE嵌入式...MicroBlaze的结构、机制和特性Xilinx MicroBlaze的使用方法Xilinx推出MicroBlaze软处理器新...基于MicroBlaze的嵌入式系统设计...Xilinx推出新版嵌入式开发环境与生态系统支持Virtex-5 FXT FPGA2008年4月29日，－全球可编程逻辑解决方案领导厂商赛灵思公司（Xilinx, Inc. (NASDAQ: XLNX)）今天宣布推出新版嵌入式开发环境工具和生态系统合作伙伴技术，支持面向赛灵思最新65nm Virtex-5 FXT FPGA器件的创新片上系统（SoC）设计嵌入式开发套件（EDK）10.1提供了屡获殊荣的Xilinx Platform Studio嵌入式工具套件(XPS)，包括最新的高性能处理设计功能，同时其生态系统合作伙伴安富利电子元件部(Avnet Electronics Marketing)、Green Hills软件公司、LynuxWorks、Lauterbach、MontaVista以及风河系统公司（Wind River Systems）等全球领先嵌入式解决方案供应商将提供强大支持。
赛灵思公司与业界领先的第三方嵌入式开发供应商密切合作，在硬件平台和实时操作系统（RTOS）以及开发、调试和跟踪软件工具方面为流行的嵌入式系统解决方案提供支持以下嵌入式解决方案供应商将为内建双PowerPC440处理器的赛灵思Virtex-5 FXT提供支持： · 安富利–Virtex-5 FXT FPGA评估套件，包括PowerPC440处理器参考设计 · Green Hills软件–Integrity RTOS和Multi IDE支持 · LynuxWorks –Bluecat Linux · Lauterbach –Trace32软件调试和跟踪分析支持 · MontaVista –MontaVista Linux Pro 4.0.1 RTOS支持 · 风河系统–Linux GPP 1.3和VxWorks 6.3/6.5 RTOS支持 “内建双PowerPC 440模块的Virtex-5 FXT FPGA器件的推出为实时和通用操作系统应用开发人员提供了巨大的机会LynuxWorks公司营销副总裁Robert Day说，“赛灵思EDK 10.1工具套件为设计人员提供了在我们的BlueCat Linux和/或即将推出的LynxOS 5.0实时OS上进行系统开发和编程所需要的一切，可以满足这些应用的独特要求。
采用嵌入式开发套件(EDK) 10.1马上开始设计 有了EDK 10.1工具套件，利用Virtex-5 FXT平台进行嵌入式处理系统架构开发和编程就变得更为简单自动化的设计向导为设计人员实施高性能128位处理器局域总线（PLB）提供了一步一步的指导128位处理器局域总线（PLB）是IBM CoreConnect总线标准的一部分，可以配置支持共享式和点到点系统连接该工具套件还提供新的辅助处理器单元控制器（APU）工具，对PowerPC 440处理器模块提供协处理支持APU还可以用来建立与高速PFGA硬件的直接接口，完成PowerPC 440处理器代码映射并提供支持软件和硬件优化的分析 新推出的EDK 10.1版还包括了最新的IP内核以优化系统设计同时还包括了SPI、DDR2、DMA、PS2和支持SGMII的三模式以太网MAC等外设，Flexray™外设选项，以及用于DMA的PCI Express®驱动支持改进后的多端口存储器控制器以及存储器接口生成器（MIG）工具为存储密集应用提供了更为强大和丰富的接口选择此外，屡获殊荣的MicroBlaze™ 32位处理器也进行了更新，从而可以提供更大的缓存接口灵活性。
“Xilinx Platform Studio和EDK 10.1技术为安富利公司提供了易用的接口，使我们能够快速将新的Virtex-5 FXT FPGA评估套件集成到赛灵思开发环境中安富利电子元件部技术营销总监Jim Beneke说，“我们为所有新开发的板子提供了简单的描述文件，赛灵思设计向导可自动为我们的开发平台提供映射即时（on-the-fly）工具支持 价格和供货情况 所有第三方产品和技术由相应的供应商销售并提供支持EDK 10.1版可立即供货，价格为495美元XPS 10.1工具套件可以非常方便地与处理IP库、软件驱动、文档、参考设计实例和MicroBlaze 32位软处理器捆绑EDK同时还可配合其它赛灵思产品作为统一的ISE®设计套件的一部分提供，如ISE Foundation设计工具、ChipScope™ Pro分析仪、System Generator for DSP工具、AccelDSP™综合工具和PlanAhead™设计软件ISE设计套件通过单个下载站点或一张DVD光盘提供，为用户订购、注册、安装和/或评估所有赛灵思开发和调试工具提供了方便EDK 10.1支持多种计算平台，包括Windows XP Professional (32位)、Windows Vista Business (32位)、Red Hat Enterprise Linux WS 4 (32和64位)、Red H。
