隨著可編程邏輯器件的不斷進(jìn)步和發(fā)展,，FPGA在嵌入式系統(tǒng)" title="嵌入式系統(tǒng)">嵌入式系統(tǒng)中發(fā)揮著越來越重要的作用,，已經(jīng)開始被廣泛應(yīng)用于通信、航天,、醫(yī)療、工控等領(lǐng)域,。Xilinx公司作為全球最大的可編程邏輯器件生產(chǎn)廠商,，為嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員提供了比較全面的解決方案。Xilinx的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境EDK,，提供了一種通用的完全集成的硬件和軟件開發(fā)環(huán)境,，使設(shè)計(jì)人員可以利用單個(gè)開發(fā)環(huán)境快速配置針對(duì)PowerPC硬處理器或Microblaze軟處理器內(nèi)核的平臺(tái)。在EDK開發(fā)環(huán)境下,，利用用戶向?qū)Э梢詼?zhǔn)確快速地創(chuàng)建一個(gè)新的嵌入式系統(tǒng),，而在這一過程中，XBD文件決定了系統(tǒng)的硬件平臺(tái)描述文件MHS以及約束文件UCF的正確與否,，在構(gòu)建系統(tǒng)過程中起著至關(guān)重要的作用,。
1 基于FPGA" title="FPGA">FPGA的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)
利用Xilinx公司的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)工具EDK就可以完成整個(gè)嵌入式系統(tǒng)的硬件和軟件開發(fā)，EDK由XPS(Xilinx Platform Studio)和SDK(Software DevelopmentKit)組成。其中XPS是主設(shè)計(jì)程序平臺(tái),，可以實(shí)現(xiàn)嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的所有步驟,，并且可以在其中調(diào)用SDK。SDK是軟件開發(fā)工具,，支持C和C++,，主要完成軟件設(shè)計(jì)。在XPS開發(fā)環(huán)境下,，完整的開發(fā)流程如圖1所示,。
MHS和MSS文件都是根據(jù)系統(tǒng)要求在EDK環(huán)境下生成的。MHS文件包含了對(duì)整個(gè)嵌入式系統(tǒng)的定義,，包括處理器,、總線、外圍設(shè)備,、地址空間等,，用于整個(gè)硬件平臺(tái)的綜合、實(shí)現(xiàn);MSS文件包含了操作系統(tǒng),、設(shè)備驅(qū)動(dòng)等信息,，將其輸入到庫(kù)生成器(Libgen)，產(chǎn)生應(yīng)用程序中需要的驅(qū)動(dòng)程序及Xilinx的調(diào)用庫(kù),。欲了解更多信息請(qǐng)登錄電子發(fā)燒友網(wǎng)(http://www.elecfans.com)
嵌入式開發(fā)軟件EDK為設(shè)計(jì)人員提供了自動(dòng)化的設(shè)計(jì)向?qū)?mdash;—BSB(Base System Builder),，可以指引工程師快速完成整個(gè)設(shè)計(jì)過程。在利用BSB創(chuàng)建嵌入式系統(tǒng)過程中,，利用嵌入式硬件平臺(tái)的XBD文件對(duì)板級(jí)各個(gè)功能電路的描述,，按步驟選擇需要的電路模塊添加到MHS文件中，從而減少出現(xiàn)錯(cuò)誤的可能,，降低學(xué)習(xí)難度,。因此，一個(gè)新的嵌入式FPGA硬件平臺(tái)確定以后,，在EDK中針對(duì)開發(fā)板進(jìn)行嵌入式系統(tǒng)開發(fā),，可以利用相應(yīng)的XBD文件，快速建立一個(gè)基于FPGA的嵌入式系統(tǒng),。
2 板級(jí)描述文件XBD
XBD(Xilinx Board Description)文件定義了電路板的功能模塊以及各個(gè)模塊與FPGA芯片的接口情況,，利用BSB可以將XBD文件中包含的功能模塊加入到要建立的嵌入式系統(tǒng)中。
在EDK的安裝目錄下,，Xilinx公司為設(shè)計(jì)者提供了一些開發(fā)板的XBD文件,。但是，一個(gè)新的嵌入式硬件平臺(tái)建立后,，想要在EDK軟件中利用BSB向?qū)ёx取硬件電路的信息,，從而高效無誤地產(chǎn)生FPGA嵌入式系統(tǒng),，需要針對(duì)電路板上的各個(gè)單元電路設(shè)計(jì)新的XBD文件來描述硬件平臺(tái)的信息。通常,，一個(gè)XBD文件包括如下信息：
◆電路板所支持的功能模塊的FPGA接口;
◆每個(gè)模塊的屬性,、參數(shù)、端口定義;
◆不同端口或模塊間的連接信息;
◆每個(gè)FPGA引腳的UCF約束信息,。
由于XBD文件是對(duì)硬件各功能模塊的描述,，因此在設(shè)計(jì)XBD過程中也是以模塊的形式來表示電路板信息的，而且各個(gè)功能塊的描述具備相似的結(jié)構(gòu),，使用相同的賦值命令進(jìn)行具體參數(shù)定義,。
2.1，模塊的定義
一個(gè)完整的模塊定義如下：
BEGIN
:
END
關(guān)鍵字BEGIN表示一個(gè)新的模塊開始,，后面是要定義模塊的類型,，中間部分是與描述IP核行為的MPD文件相對(duì)應(yīng)的各種參數(shù)。當(dāng)前,，XBD文件能夠識(shí)別3種類型的模塊定義：
?、買O_INTERFACE。IO_INTERFACE指定了一個(gè)電路板上的物理模塊(不包括FPGA本身),，每一個(gè)IO—INTERFACE在板上應(yīng)該有一個(gè)在FPGA中使用的軟IP核與之相對(duì)應(yīng),。
②IO_ADAPTER,。IO_ADAPTER指定了連接IO_INTERFACE引腳與相應(yīng)軟IP端口的軟膠合邏輯,。
③FPGA,。FPGA模塊代表FPGA本身,。
2.2 賦值命令
每個(gè)BEGIN—END模塊包括多個(gè)賦值命令。賦值命令至少包括一個(gè)name—value對(duì),，還可以加入多個(gè)name—value子對(duì),。
賦值命令包括：
①ATTRIBIJTE,。ATTRIBUTE命令是對(duì)屬性命名的關(guān)鍵字,。對(duì)于經(jīng)過ATTRIBUTE賦值的對(duì)象，EDK工具會(huì)執(zhí)行某種操作或以特定的方式使用該對(duì)象,。ATTRIBUTE賦值命令可以在BEGIN—END模塊內(nèi)部或者外部使用。
?、赑ARAMETER,。PARAMETER命令將IP核中的PARAMETER參數(shù)同XBD文件中的IO_INTERE、ACE聯(lián)系在一起,，且PARAMETER命令只能在IO_INTERFACE模塊內(nèi)部使用,。
?、跴ORT。PORT命令用來指定電路板上各個(gè)模塊(包括FPGA)的連通性,，只能在IO_INTERFACE和IO_ADAPTER模塊內(nèi)使用,。
PARAMETER和PORT命令后能夠跟隨子屬性，每一個(gè)子屬性也是name—value對(duì),。子屬性必須同PA—RAMETER和PORT命令在同一行,，并且用逗號(hào)隔開。
3 XBD文件的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)
在基于FPGA的嵌入式系統(tǒng)中,，無論是硬核Power—PC還是軟核Microblaze處理器,，都是通過IP核的方式與周圍設(shè)備進(jìn)行操作的，因此,，在XBD中定義電路模塊時(shí)要選擇與實(shí)際電路相對(duì)應(yīng)的IP核,。在描述IP核行為的MPD文件中，定義了IP核的各種參數(shù),，I0_INTERFACE的子屬性IOTYPE決定了該IP核是否能夠與電路板上的特定模塊進(jìn)行連接,，通過查看MPD文件的信息就可以知道該IP的功能及其各種參數(shù)。例如,，對(duì)于電路板上的4個(gè)LED顯示單元,，為了能夠利用BSB將其加入到嵌入式系統(tǒng)中，需要在XBD文件中定義一個(gè)能夠?qū)?個(gè)LED進(jìn)行操作的模塊,。在基于FPGA的嵌入式系統(tǒng)中,，處理器通過通用I/O接口GPIO對(duì)LED進(jìn)行操作，故LED在XBD中要定義一個(gè)IOTYPE為GPIO的I0_INTER—FACE模塊,，表示可以通過這個(gè)模塊與實(shí)際電路板上的I/O進(jìn)行通信,。在GPIO的MPD文件描述中，對(duì)于I0_IN—TERFACE進(jìn)行了如下定義：
IO_INTERFACE IO_IF=gpio_O,，IO_TYPE=XIL_GPIO_V1
這個(gè)I0_INTERFACE表明IP核可以和GPIO進(jìn)行通信,。
與電路板上特定模塊通信的IP核選定后，根據(jù)實(shí)際的電路特點(diǎn),，在XBD文件中指定模塊的參數(shù)值,，這些參數(shù)值都要與MPD文件中的參數(shù)一一對(duì)應(yīng)。需要指出的是,，EDK工具是利用XBD文件中的IO_IS子屬性將IP核的端口與電路板上模塊連接在一起的,。在MPD文件中，GPIO的部分描述摘錄如下：
MPD文件定義了IOTYPE類型為XIL_GPIO_V1的I/O接口,，并且有C_GPIO_WIDTH和C_ALL_INPUTS兩個(gè)參數(shù),。這些參數(shù)跟隨的I0_INTERFACE是通過IO_IF子屬性來指定的。同樣,，PORT GPIO_IO也是通過IO_IF子屬性來表示屬于gpio_0接口的,。通過MPD文件對(duì)GPIO的描述,，可以通過將電路板上的4個(gè)LED電路模塊在XBD文件中定義一個(gè)IO_INTERFACE模塊來表示。
可以看到,，MPD文件中I0TYPE類型為XIL_GPIO_V1的IO_INTERFACE同XBD文件中IOTYPE類型同樣為XIL_GPIO_V1的LEDs_4BIT模塊是匹配的,。因此，子屬性IO_IS決定了IP核中的端口同XBD文件中哪個(gè)端口連接,。最終,，利用自己設(shè)計(jì)的XBD文件中的LEDs_4BIT模塊，通過BSB建立一個(gè)基于FPGA的嵌入式系統(tǒng),。實(shí)際電路板中4個(gè)LED在構(gòu)建的硬件配置文件MHS中的描述如下：
類似于在XBD文件中設(shè)計(jì)一個(gè)與4個(gè)LED進(jìn)行通信的GPIO模塊,，利用同樣的方法，在XBD中能夠完成電路板上其他模塊的設(shè)計(jì),，如UART,、按鍵、存儲(chǔ)器等,。在XBD文件中將電路板上所有的模塊信息設(shè)計(jì)完成之后,，為了使EDK軟件中的開發(fā)向?qū)SB能夠讀取到自己設(shè)計(jì)的XBD文件的信息，要將XBD文件存放到EDK安裝目錄下的
4 總 結(jié)
板級(jí)描述文件XBD在利用BSB快速構(gòu)建基于FPGA的嵌入式系統(tǒng)中起著非常重要的作用，本文針對(duì)新的硬件平臺(tái)的XBD文件設(shè)計(jì)進(jìn)行了介紹,。在XBD文件設(shè)計(jì)時(shí),，針對(duì)電路板上的各個(gè)實(shí)際電路模塊，通過對(duì)照相應(yīng)描述IP行為的MPD文件進(jìn)行各個(gè)電路模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn),。