基于Linux的SOPC软硬件协同工作系统的制作方法.docx

基于Linux的SOPC软硬件协同工作系统的制作方法专利名称：基于Linux的SOPC软硬件协同工作系统的制作方法技术领域：本发明涉及的是一种计算机操作系统技术领域的装置，具体是一种基于Linux的 SOPC(System-on-a-Programmable-Chip可编程片上系统)软硬件协同工作系统背景技术：当前，随着半导体产业的迅速发展，SOPC作为嵌入式系统的一种新形式，得到了越 来越广泛的应用采用SOPC技术实现嵌入式硬件加速，作为一种新兴的系统解决模式，有 其巨大的发展威力和广泛的应用前景，而要实现上述要求，软硬件的协同设计和IP硬核的开发至关重要在某些特定应用场合，单纯的软件系统改进已经不能满足性能的加速要求，这时 可以通过将原有软件系统进行硬件和软件的重新划分来加速，将原始软件中比较耗时，难 以纯软件加速的部分用硬件FPGA (Field-Programmable Gate Array现场可编程阵列)来 实现由于硬件具有并行运算的特点，将会大大提高原有软件系统的速度对于大部分的复杂软件系统都以Linux作为自己的操作系统因此如何实现基于 Linux的SOPC系统，并实现该系统上的软硬件协同设计，对加速软件系统具有非常重要的 意义，在实际工程中也具有广泛的应用前景。

经对现有文献检索发现，期刊名字为电路知识与技术，年卷(期)为 201006 (17)，名称为基于SOPC技术的软硬件开发设计，该技术包括搭建SOPC系统和实现 软硬件的系统设计虽然该方法可以实现软硬件协同工作，但是它是基于SOPC的纯软件系 统和非基于操作系统的软硬件协同工作系统，能实现的软件功能比较少也比较简单发明内容本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种基于Linux的SOPC软硬件协同工 作系统，将SOPC和NFS文件系统Linux结合，并实现了基于该结合的软硬件协同设计系统， 不仅具有开发流程快，实现简单，操作方便的优点，而且还具有易移植和可扩展的特点本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括S0PC模块、Linux系统模块和网 络服务器模块，其中=Linux系统模块由Linux内核模块和Linux驱动模块组成，Linux内核 模块与Linux驱动模块相连并传输硬件设备请求信息与模块响应信息，Linux系统模块与 SOPC模块相连并传输硬件设备请求信息与模块响应信息，网络服务器模块由DHCP服务器 模块和NFS服务器模块组成，DHCP服务器模块和Linux系统模块相连并传输IP地址和网络 配置信息，NFS服务器模块由挂载文件系统模块和文件系统交互模块组成且分别与Linux 系统模块相连并实时传输文件系统。

所述的SOPC模块包括中央处理器模块、总线模块、串口交互模块、内存模块、网 络接口模块、按键模块和硬件IP模块，其中内存模块、网络接口模块、按键模块和硬件 IP模块分别通过总线模块与中央处理器相连接并传输各种命令和数据，串口交互模块和 Linux系统模块相连并传输调试数据和调试信息，按键模块接收基本输入操作所述的硬件IP模块用硬件描述语言实现系统中耗时部分，同时将硬件描述语言 经过IP封装后挂载到总线模块与现有技术相比，本发明的有益效果是1、速度高，实现原有软件系统的硬件加速2、SOPC模块具有自己的网络模块，可以与网络上的其他设备进行网络通信3、Linux系统模块在启动时由网络服务器自动分配IP地址，网络初始化更方便4、Linux系统模块采用NFS作为根文件系统，开发和调试更灵活5、具有串口模块，使开发调试信息非常丰富6、实现了基于Linux操作系统的SOPC软硬件协同工作和加速，该系统也可以很容 易的扩展到Linux上各种应用软件的加速，只需将耗时的部分用硬件实现，并开发驱动实 现软硬件的接口即可图1为本发明结构示意图具体实施例方式下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行 实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施 例。

如图1所示，本实例包括位于开发板的SOPC模块1、Linux系统模块2和位于网 络服务器的服务器模块3，其中S0PC模块1与Linux系统模块2相连并传输硬件设备请求 信息与模块响应信息，SOPC模块1与Linux系统模块相连并传输开发和调试信息，Linux系 统模块2与网络服务器模块3相连并传输Linux系统的IP地址、网络配置信息和网络文件 系统，SOPC模块1与网络服务模块3相连并为网络服务器模块3提供网络接口硬件设备支 持所述的SOPC模块1提供整个系统开发板的硬件结构，为整个软硬件协同工作系统 和网络连接提供最基础的硬件支持该模块包括中央处理器模块4、总线模块5、串口交互 模块6、内存模块7、硬件IP模块8、按键模块9和网络接口模块10，其中总线模块5与中央 处理器模块4相连，传输CPU控制指令和响应信息总线模块5与串口交互模块6、内存模 块7、硬件IP模块8、按键模块9和网络接口模块10相连，传输底层硬件各个模块的调用、 请求和响应数据串口交互模块6、内存模块7、硬件IP模块8、按键模块9和网络接口模块 10之间通过总线模块5相互连接，传输硬件设备响应信息串口交互子模块6与Linux系 统模块2相连并传输用户的开发和调试信息。

在本实例中，所述的串口交互子模块为RS232 串口接口，通过串口线可以将系统开发版的调试信息在终端上输出显示，也可以将自己的 命令在终端输入网络接口子模块10分别与网络服务器模块中的DHCP服务器子模块13 和NFS服务器子模块14相连，负责网络传输的硬件设备支持本实例中，将比较耗时的部 分，通过SOPC模块1中的硬件IP模块8将该部分用硬件描述语言来实现为了将该硬件 IP模块8与SOPC模块上的中央处理器子模块4相连，需要将该硬件IP模块8首先连接系 统总线模块5并传输该硬件IP模块的调用和响应数据硬件IP模块8根据SOPC系统的IP封装规范对硬件化模块进行接口设计，将硬件IP模块扩展为实际的IP核实例化IP核 后，便可以将硬件IP模块8通过系统总线模块5与中央处理器模块4连接，从而与中央处 理器模块4相连传输硬件调用和响应数据所述的Linux系统模块2提供整个系统的操作系统该模块包括=Linux内核模块 11和Linux驱动模块12，其中Linux内核模块11是Linux系统模块2的核心，提供Linux 系统模块的管理和分配机制，在本实例中即将Linux系统模块和硬件IP模块的驱动模块相 连并实现两者的协同工作。

Linux驱动模块12中的网络驱动与网络服务器模块中的DHCP 服务器子模块和NFS服务器子模块相连，用于网络连接，系统开发板自动启动时的IP地址、 网络配置信息以及实时传输和更新Linux操作系统的文件系统所述的Linux内核模块11 在本实例中通过配置交叉编译环境、配置内核选项，内核编译三步来完成，其中交叉编译 模块可以实现在本地开发并生成在SOPC系统上执行的可执行文件，配置内核模块可以选 择对应的处理器架构和需要的模块，内核编译模块则生成Linux内核文件所述的Linux驱 动模块12遵循Linux操作系统的驱动开发模式，在本实例中主要实现硬件IP核的ioctl、 open,write,read,init和exit等驱动模块而其中IP核驱动的地址则由SOPC模块1自 动生成，并根据SOPC地址分配方式获得该IP核的不同寄存器的地址经过地址映射和IP 核驱动读写，实现软硬件之间的协同工作所述的网络服务器模块3为系统开发板的Linux系统模块2中的Linux内核模块 4启动时动态分配IP地址、配置开发板网络以及实时更新Linux系统模块2的根文件系统 该模块包括DHCP服务器模块13和NFS服务器模块14，其中NFS服务器模块由挂载文件系 统子模块15和文件系统交互子模块16组成。

本实例中，服务器模块运行在装有Linux操 作系统的电脑上在该电脑上分别安装和配置DHCP服务器和NFS服务器，并将根文件系统 存储在NFS服务器指定的文件夹下面SOPC上的Linux系统模块2的Linux内核子模块 11在启动时自动获得由DHCP服务器模块分配的IP地址和网络配置信息，并挂载位于服务 器上的根文件系统形成自己的NFS网络文件系统DHCP服务器模块13与SOPC模块1中的 网络接口子模块10通过硬件网卡相连，提供网络的硬件设备相连，DHCP服务器模块13与 Linux系统模块2相连，用于在Linux系统模块2的Linux内核子模块11启动时自动为系 统开发板分配IP地址和网络设置NFS服务器模块14与SOPC模块1中的网络接口子模块 10通过硬件网卡相连，提供网络的硬件设备连接，NFS服务器模块14中的挂载文件系统子 模块15与Linux系统模块2相连，在本实例中用于在Linux内核子模块11启动完成后为 Linux系统模块2提供根文件系统的网络地址和挂载根文件系统，NFS服务器模块14中的 文件交互系统子模块16与Linux系统模块2相连，在本实例中用于为Linux系统模块2实 时更新Linux系统的文件系统。

在本实例中，基于Linux的软硬件协同工作系统流程为通过SOPC模块1和Linux 内核系统2组成系统开发板，然后将原有系统的耗时部分由SOPC模块1中的硬件IP子模 块8硬件化并封装为IP核通过总线模块5连接中央处理器模块4，然后在Linux驱动模块 12中实现该IP模块的Linux驱动模块12，最终实现SOPC模块1和Linux系统模块2之间 软硬件的协同工作在整个软硬件协同工作的过程中，由网络服务器模块3提供DHCP服务 和NFS服务，用于提供系统开发板的IP数据、网络配置信息和Linux系统模块的根文件系 统权利要求1.一种基于Linux的SOPC软硬件协同工作系统，其特征在于，包括S0PC模块、Linux 系统模块和网络服务器模块，其中=Linux系统模块由Linux内核模块和Linux驱动模块 组成，Linux内核模块与Linux驱动模块相连并传输硬件设备请求信息与模块响应信息， Linux系统模块与SOPC模块相连并传输硬件设备请求信息与模块响应信息，网络服务器模 块由DHCP服务器模块和NFS服务器模块组成，DHCP服务器模块和Linux系统模块相连并 传输IP地址和网络配置信息，NFS服务器模块由挂载文件系统模块和文件系统交互模块组 成且分别与Linux系统模块相连并实时传输文件系统。

2.根据权利要求1所述的基于Linux的SOPC软硬件协同工作系统，其特征是，所述的 SOPC模块包括中央处理器模块、总线模块、串口交互模块、内存模块、网络接口模块、按键 模块和硬件IP模块，其中内存模块、网络接口模块、按键模块和硬件IP模块分别通过总线 模块与中央处理器相连接并传输各种命令和数据，串口交互模块和Linux系统模块相连并 传输调试数据和调试信息，按键模块接收基本输入操作3.根据权利要求2所述的基于Linux的SOPC软硬件协同工作系统，其特征是，所述的 硬件IP模块用硬件描述语言实现系统中耗时部分，同时将硬件描述语言经过IP封装后挂 载到总线模块全文摘要一种基于Linux的SOPC软硬件协同工作系统，包括SOPC模块、Linux系统模块和网络服务器模块，Linux系统模块由Linux内核模块和Linux驱动模块组成，网络服务器模块由DHCP服务器模块和NFS服务器模块组成，NFS服务器模块由挂载文件系统模块和文件系统交互模块组成本发明将SOPC和NFS文件系统Linux结合，并实现了基于该结合的软硬件协同设计系统，不仅具有开发流程快，实现简单，操作方便的优点，而且还具有易移植和可扩展的特点。