導(dǎo)航系統(tǒng)SoC芯片設(shè)計方案分析

1.3 Linux系統(tǒng)的移植和調(diào)試

近年來Linux憑借其開源、性能優(yōu)異、軟件資源豐富的優(yōu)勢，在嵌入式平臺上得到了廣泛的應(yīng)用。在LEON上運(yùn)行的操作系統(tǒng)日前已經(jīng)有RTEMS、 eCOS、VxWorks和嵌入式Linux。選擇嵌入式Linux的主要原用，是由于Linux的開發(fā)平臺搭建得比較完善，在工具鏈、內(nèi)核移植、驅(qū)動程序以及應(yīng)用程序的各層上都有很好的支持;使用Linux開發(fā)能夠大大加快開發(fā)的進(jìn)度，并滿足多數(shù)應(yīng)用的指標(biāo)。目前，對LEON提供良好支持的Linux發(fā)行版有Snapgear。由于LEON軟核優(yōu)異的可配置性和可移植性.在LEON上進(jìn)行Linux的移植工作與普通定制的嵌入式微處理器相比，有很多特殊點(diǎn)和難點(diǎn)，主要表現(xiàn)在兩個方面。

(1)配置和編譯內(nèi)核

編譯內(nèi)核的目的在于，生成在目標(biāo)CPU上運(yùn)行的內(nèi)核。由于LEON自身硬件的可配置性，Linux的源代碼中也需要加入與硬件核相關(guān)的選項進(jìn)行配置。若 LEON軟核配置IP，例如硬件加速單元、加密單元或外設(shè)接口，則Linux內(nèi)核中需加入驅(qū)動程序。因此，內(nèi)核的配置分為兩類，一類是配置LEON軟核自身的設(shè)置，另一類是配置目標(biāo)板上的其他外圍設(shè)備，例如內(nèi)存系統(tǒng)、外設(shè)接口等。與一般的定制嵌入式CPU(如ARM體系的CPU)相比，前一類配置是 LEON獨(dú)有的。這種配置的靈話性為軟硬件平臺的定制提供了極大的方便。例如，Snapgear Embed-ded Linux根據(jù)具體需求配置硬件乘除法指令和浮點(diǎn)運(yùn)算單元FPU：在不需要進(jìn)行浮點(diǎn)運(yùn)算的應(yīng)用中，配置LEON硬件就不需配置浮點(diǎn)單元，相應(yīng)Linux的配置中取消FPU，進(jìn)而節(jié)省硬件資源和軟件的開銷。

項目中實際采取的LEON軟核配置方案為：LEON核選擇LEON2MMU或LEON3MMU，時鐘頻率為50MHz，配置硬件整數(shù)乘除法指令和FPU對應(yīng)的浮點(diǎn)操作指令。外圍設(shè)備配置的串口的起始波特率為38 400 bps，另外，還配置了只讀存儲區(qū)ROM和隨機(jī)存取器RAM。

(2)調(diào)試內(nèi)核

LEON軟核平臺調(diào)試工具有：TSIM、GRSIM和GRMON。

TSIM：SPARC架構(gòu)處理器通用軟件仿真器，用于軟件仿真ERC32-和LEON微處理器。

GRSIM：LEON平臺軟件仿真器，支持多處理器平臺(MP)。

GRMON：LEON平臺硬件仿真調(diào)試器，支持基于GRLIB軟核IP的SoC設(shè)汁的硬件調(diào)試。

TSIM作為軟件模擬的VHDL模型，調(diào)試過程中常見的啟動選項設(shè)置如下：

-freq：設(shè)置TSIM模擬LEON處理器硬件的工作頻率，LEON3默認(rèn)為50 MHz。

-fpm：配置模擬FPU模塊。

-nfp：針對無FPU的模擬硬件平臺關(guān)閉FPU。

一nov8：針對無硬件乘除法硬件平臺關(guān)閉硬件乘除法指令。

-pr：指定使用性能觀察器。

在TSIM-LEON平臺上進(jìn)行程序的測試和調(diào)試過程中，Profiling(性能觀察器)能夠顯示程序各個分支函數(shù)以及宏在實際運(yùn)行中占用的資源，從而為程序的進(jìn)一步優(yōu)化提供必要參考，例如某測試程序在程序運(yùn)行完畢后使用pro命令得出的結(jié)果：

宏_muldf3和_adddf,3在程序運(yùn)行中占用了大量時間，需進(jìn)一步優(yōu)化。經(jīng)測試證明，通過在LEON中集成FPU消除了宏_muldf3和_adddf3，從而大幅提高浮點(diǎn)運(yùn)算性能。

2 LEON數(shù)學(xué)運(yùn)算性能及算法測試

在LEON軟核系統(tǒng)上移植成功Linux后，通過特定測試程序驗證LEON在數(shù)學(xué)運(yùn)算上的性能，以確定是否滿足項目開發(fā)的需求。測試中對比ARM9 SC32410，分析LEON以及其集成FPU配置的性能，并根據(jù)測試結(jié)果對軟硬件配置進(jìn)一步優(yōu)化。由于LEON硬件配置十分靈活，因此在測試中采用了多種平臺，編譯程序的選項也有對應(yīng)的設(shè)置。中斷響應(yīng)、功耗等雖然也是處理器性能的重要方面，但本文尚未涉及。