基于Linux的SoPC開發(fā)

2 基于Linux的SoPC系統(tǒng)構建

系統(tǒng)的構建包括，硬件平臺的搭建和Linux操作系統(tǒng)的移植。首先進行項目需求分析，決定實現(xiàn)系統(tǒng)需要的硬件IP核，繼而搭建硬件平臺。硬件平臺構建完成之后，利用EDK軟件生成相關的硬件參數(shù)文件和設備驅動文件。用戶需要利用生成的文件構建Linux內核，同時需要構建適用于內核的根文件系統(tǒng)，最后在構建完成的操作系統(tǒng)的基礎上開發(fā)所需功能的應用程序接口。其中根文件系統(tǒng)的構造要考慮內核中提供的服務和功能以及應用程序所需的系統(tǒng)命令等。同樣所要實現(xiàn)的應用功能又影響著內核服務和功能的選擇。根文件系統(tǒng)、應用程序接口以及內核三者是互相影響的。具體的構建流程圖如圖3所示。

2.1 利用EDK搭建硬件系統(tǒng)

利用EDK8.2軟件搭建硬件系統(tǒng)，因為基于Linux的操作系統(tǒng)設計中，CPU、RAM和總線是必須的。由于芯片內部的BRAM只有128kb/s, 而下載Linux內核的.elf文件通常遠大于這個容量，因此需要使用外部的存儲單元。本文使用opb_sdram存儲控制模塊實現(xiàn)此功能。本文使用Uart16550控制模塊，能方便地通過RS232端口觀察測試的結果。為滿足本文應用的需要，可以使用Uartlite模塊實現(xiàn)RS232的COM2端口和外部設備通信的功能。添加Ethernet_Mac的IP模塊，可使用以太網(wǎng)端口將開發(fā)板連接到網(wǎng)絡上。為了調試的方便，可以加入GPIO模塊。通過GPIO控制LED燈，可顯示系統(tǒng)狀態(tài)。若選擇應用程序初始化硬件，當bit數(shù)據(jù)下載到FPGA系統(tǒng)正常運行時，可以觀察到LED燈被點亮。另外，根據(jù)設計需求，也可以掛載用戶定制的IP，以處理用戶的特定的需求。

選擇參數(shù)時，可以使用默認值，而存儲器參數(shù)可以選擇容量大一些的。使用的PowerPC 405硬核，PPC的工作頻率設置為100MHz, 參考時鐘和系統(tǒng)的總線頻率也分別設置為100MHz；使用的BRAM模塊IBRAM和DBRAM速率分別設置為64Kb/s。最終定制的SoPC硬件系統(tǒng)如圖4所示。

2.2 SoPC的Linux系統(tǒng)構建

在SoPC的硬件系統(tǒng)構建完成之后，利用EDK軟件生成的板級支持包（BSP）配置編譯內核。BSP包含了所選定處理器架構的屬性文件以及相關硬件的驅動源文件。將這些文件加入到Linux內核中，然后配置內核選項選擇對應的處理器架構、所選硬件的驅動模塊以及需要的其他內核模塊，之后再對完成配置的內核進行編譯，生成Linux的內核image文件。

生成內核image文件之后，還需要生成系統(tǒng)運行所需要的根文件系統(tǒng)。根文件系統(tǒng)中包含了嵌入式Linux系統(tǒng)的所有應用程序、庫以及系統(tǒng)配置等相關文件。根文件系統(tǒng)中常用的程序和命令可利用開源軟件Busybox構造。構造完成之后，在Busybox生成的目錄和文件的基礎上再構造根文件系統(tǒng)的目錄樹，并添加相關設備文件和配置文件以及系統(tǒng)運行時需要的腳本文件，從而形成最終的根文件系統(tǒng)。至此,就可以將文件系統(tǒng)作為映像編譯到內核中，也可以通過網(wǎng)絡使用NFS文件系統(tǒng)加載根文件系統(tǒng)。

3 應用舉例

以一個多進程的嵌入式Web服務器用于實現(xiàn)控制遠程設備的的開發(fā)為例，闡述在基于Linux的SoPC系統(tǒng)上開發(fā)應用程序的過程。嵌入式Web服務器的開發(fā)包括HTTP協(xié)議裁減和具體的應用程序實現(xiàn)。用戶可以通過向Web服務器發(fā)送CGI請求的方式使服務器通過串口和外部設備通信，達到遠程控制的目的。