基于FPGA的嵌入式系統設計

Xilinx提供了針對Micro Blaze Core應用系統開發的集成開發環境MDK，該開發環境包含了用于硬件描述和系統生成的Platform Generator、用于軟件設計和編譯的Micro Blaze IDE，GDB調試可通過FPGA配置JTAG接口進行，無需任何附加的調試硬件，配合Foundation ISE4.2和FPGA目標板即可進行全功能開發，MDK還包含了UART、GPIO、Watchdog、Timer/Counter、EMC和中斷控制等基本處理器外設庫，用戶可以添加兼容OPB總線標準的任意IP Core.Insight和依元素科技均提供了功能全面的Micro Blaze Core評估工具。

PPC405 Core是一個高性能的處理器內核，它具有獨立于FPGA JTAG的調試端口和更加復雜的調試功能，我們甚至可以將基于PPC405 Core的SOPC調試直觀地理解為基于IBM PPC405處理器和大容量FPGA的單板機調試，只不過這個單板機無需進行傳統的PCB設計和調試，設計迭代過程全部在計算機上進行。PPC405 Core的軟件集成開發環境支持傳統的IBM PPC405開發環境，Xilinx提供了相應的系統集成開發環境和GNU軟件開發工具包支持。第三方軟件開發商Wind River和Montvisa已分別宣布其VxWorks和HardHat Linux實時操作系統（RTOS）及其集成開發環境支持Virtex II Pro 系列FPGA，Insight和Avnet已開始銷售含有Virtex II Pro FPGA的高端評估板。依元素科技也推出了用于開發PowerPC系列處理器的GNU集成開發工具和利刃？系列調試工具，以及含有PowerPC處理器的原型評估板。

4 基于Internet可重配置邏輯（IRL）

4.1 IRL技術的基本特征與應用

Internet Reconfigurable Logic （IRL）是Xilinx倡導的一種新的FPGA設計理念，其核心是通過Internet對遠程設備的硬件設計和軟件程序進行升級、重構、調試和監控，這種設計理念伴隨著嵌入式Internet技術的蓬勃發展必將對嵌入式設備的設計模式產生深遠的影響。

IRL包括三個方面的基本要素：含有配置bit流或應用程序的主機含有配置功能的目標系統Internet或遠程訪問介質在Internet環境下，可通過Web Browser訪問遠程目標機，通過HTTP、FTP協議、Java Applet和CGI等功能實現數據、文件傳輸和交互控制功能。在某些特殊環境下，遠程訪問介質可以是PSTN、無線網絡或其它特殊媒介，這在某些工業控制場合以及軍事應用中是常見的。

IRL技術可以應用于許多場合，諸如：在部分功能沒有完成全面測試之前就可以先將產品投放市場；故障設備的遠程維護；遠程修復產品使用過程中發現的Bug；對已售出的產品升級新的功能；對新出現的標準和協議予以支持等等。總而言之，采用IRL技術將帶給我們的產品三個明顯的優勢：縮短產品上市時間；減少產品維護費用；延長產品生命周期。

4.2 IRL技術的設計實現

在基于Web Browser的條件下，主機端的應用程序將達到最簡化，主機端無需安裝任何特殊應用程序就可完成對遠程設備的操作，這種簡化對用戶而言是必要的。這樣，目標機的設計就是IRL技術實現的全部內容。

一般而言，目標機端IRL模塊應實現以下功能：以太網或Modem接入TCP/IP或TCP/IP+PPP協議棧Http Web Server支持CGI、ASP或Java Script FPGA配置時序，至少支持JTAG配置模式足夠的存儲空間和配置故障恢復功能在嵌入式Internet技術和處理器的支持下，這些功能的實現已經不是技術上的瓶頸了，圖4給出了依元素科技也開發的IRL評估模塊原理框圖，

圖4 基于Rabbit2000的IRL模塊原理框圖

該這種實現方式是一種基于單片機或專用處理器的IRL實現方式。Avnet推出了基于PowerPC和PMC總線的高端IRL技術評估板。

在本文研究的SOPC設計技術的基礎上，FPGA甚至能夠通過內部嵌入式處理器內核（如Micro Blaze和PPC405）及其軟件支持，實現對自身的重構和升級。

5 結束語

隨著可編程邏輯器件工藝的不斷進步和開發工具的不斷增強，FPAG將更加廣泛的應用在各個領域，FPGA的將在更廣泛的范圍普及，成本和價格將不再成為我們拒絕在設計中采用FPGA的理由。我們有理由相信，SOPC、IRL等設計理念將會對我們的設計方式產生新的變革，也必將給每一位嵌入式工程師帶來有益的思路和更加寬廣的創意空間。