為嵌入式處理設(shè)計(jì)選擇合適的開發(fā)工具

　　Xilinx Platform Studio（XPS）是一款普遍使用的嵌入式開發(fā)套件(EDK)，其升級版XPS 8.2版本新增加了獨(dú)特的功能和性能，可進(jìn)一步提高嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)的效率，通過這一新版本，工程師可以獲得針對目前業(yè)界速度非常快的FPGA產(chǎn)品，如Virtex-5 LX器件的嵌入式處理支持。下面將介紹XPS 8.2版本的一些新功能和增強(qiáng)的性能。

　　XPS 8.2增加了新型的高度最優(yōu)化的MicroBlaze軟處理核，支持一體化的PowerPC浮點(diǎn)單元(FPU)，并且增加了對Virtex-5 LX最新器件的支持。與其純粹利用單個處理器的時鐘頻率來衡量性能提升的程度，嵌入式設(shè)計(jì)工程師不如利用集成了更快速的硬處理核、靈活的軟處理核及附加的協(xié)處理引擎所有優(yōu)勢的XPS套件，不論它們是FPU、其他IP或用于卸載和分配工作負(fù)載的附加的處理核。此外，新型的XPS增加了大量的增強(qiáng)功能、調(diào)試可視性，并在使用方便性上進(jìn)行了改進(jìn)。

　　新型器件和處理支持

　　Virtex-5 LX器件是在65nm的三柵極氧化層架構(gòu)上集成了高級系統(tǒng)功能，從而能夠完全支持嵌入式處理。與上一代 FPGA相比，Virtex-5技術(shù)把半導(dǎo)體器件的性能提高了30%，與此同時，功耗降低了30%以上。靈活的處理IP外設(shè)容許工程師精確地構(gòu)建需要的定制解決方案，而不必增加額外的器件成本或在昂貴但不需要的器件選擇上造成浪費(fèi)。

　　為了在高性能Virtex-5 LX器件中最有效地利用嵌入式設(shè)計(jì)，賽靈思優(yōu)化了MicroBlaze用于65nm工藝的軟處理核，并且增加了一些特殊的增強(qiáng)功能，以實(shí)現(xiàn)每條指令較少的周期(CPI)。賽靈思的MicroBlaze 5.0處理器配備5級管線及可選的4或8字高速緩沖存儲器以提升性能。新型的MicroBlaze嵌入式處理器與為初期的實(shí)例編寫的代碼后向兼容，所以，工程師不會因處理器的退化而遇到麻煩。那些采用Spartan系列FPGA進(jìn)行嵌入式設(shè)計(jì)的工程師們可以繼續(xù)沿用現(xiàn)有的MicroBlaze 4.0核，這個核已經(jīng)針對高性能應(yīng)用進(jìn)行了優(yōu)化，而且同時擁有最小的占位面積。

　　實(shí)際上，在基系統(tǒng)生成器(Base System Builder)設(shè)計(jì)向?qū)?nèi)，Platform Studio工具套件自動地針對合適的FPGA器件把優(yōu)化的MicroBlaze核進(jìn)行例示。除非工程師想手工完成這個過程，否則，要讓設(shè)計(jì)向?qū)槟銉?yōu)化核配置以加速設(shè)計(jì)。工程師不需要僅僅為了利用一個更快的Virtex-5器件和較高性能的MicroBlaze處理器，就為預(yù)存的設(shè)計(jì)或代碼“設(shè)置端口”。

　　性能和調(diào)試可視性

　　此外，使總體嵌入式系統(tǒng)性能最大化的一個方法是利用協(xié)處理的概念。利用那些包含浸入PowerPC 405處理器核的Virtex-4器件，Platform Studio 8.2版本引入了對實(shí)現(xiàn)FPU的支持。通過在并行FPGA架構(gòu)中例示FPU性能，就可以實(shí)現(xiàn)重大的性能改進(jìn)。

　　隨著嵌入式系統(tǒng)變得更為復(fù)雜，調(diào)試工具需要提供更高級別的可視性。因?yàn)橛布蛙浖M成部分之間的傳統(tǒng)分區(qū)是模糊的，工程師再也不能僅僅依賴于硬件工具來調(diào)試硬件及用軟件工具來調(diào)試代碼，要利用在器件、處理、協(xié)處理和軟件指令的硬件實(shí)現(xiàn)上的進(jìn)展。

　　作為引入“平臺調(diào)試”的第一步，賽靈思已經(jīng)集成了硬件和軟件調(diào)試器，以提供系統(tǒng)級的觀察并減少硬件和軟件工程師之間的矛盾。一體化的ChipScope Pro硬件調(diào)試器交叉觸發(fā)GNU軟件調(diào)試器，反之亦然，工程師現(xiàn)在可以從兩個方向反復(fù)查找系統(tǒng)上的故障。如果在某一個硬件地址上或在某一個硬件事件之后發(fā)現(xiàn)一個問題，那么只需簡單地交叉觸發(fā)軟件調(diào)試器就能夠看到軟件正在做什么；如果系統(tǒng)在進(jìn)入一些軟件功能“foo”之后死機(jī)，那么，交叉觸發(fā)硬件調(diào)試器就可以看到硬件正在干什么。

　　在平臺調(diào)試演變過程中，第二步就是利用安捷倫和賽靈思公司聯(lián)盟的成果。安捷倫公司提供一種E9524A MicroBlaze追蹤工具集，它通過安捷倫的Windows Xp based邏輯分析儀能夠完全分解蹤跡，是一種利用數(shù)據(jù)流跟蹤和重構(gòu)MicroBlaze程序執(zhí)行歷史的易于使用的解決方案(見圖1)。

圖1  安捷倫的MicroBlaze跟蹤共具集

　　Xilinx EDK 8.2版提供的MicroBlaze跟蹤核(MTC)在設(shè)計(jì)內(nèi)部進(jìn)行例示，為安捷倫的蹤跡工具集提供可視性。可以捕獲實(shí)時代碼流，這些代碼流與來自周圍系統(tǒng)的測量值有關(guān)。通過打開高速緩沖存儲器，強(qiáng)大的觸發(fā)和深度存儲器跟蹤都不受影響，因?yàn)樘綔y出現(xiàn)在MicroBlaze管線的執(zhí)行狀態(tài)。該系統(tǒng)使硬件和軟件工程師能夠配合工作以盡快地發(fā)現(xiàn)和定位系統(tǒng)中存在的設(shè)計(jì)缺陷。欲了解更多關(guān)于安捷倫產(chǎn)品的信息，請?jiān)L問www.agilent.com/find/microblaze。

生產(chǎn)率和使用方便性的改進(jìn)

　　除了強(qiáng)大的新的跟蹤調(diào)試性能之外，XPS 8.2版本還包含許多增強(qiáng)功能和使用方便性的改進(jìn)。這些改進(jìn)和提高進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了新型IP核、RTOS支持和安裝以及全新的功能和其他生產(chǎn)率的提升。

　　在XPS工具套件內(nèi)部器件之間的更好集成、鏈接器腳本及數(shù)據(jù)表生成都可以改進(jìn)整體生產(chǎn)率。8.2版本改進(jìn)了IP核的可視性狀況，從而有助于版本的控制；還加速了調(diào)用內(nèi)部工具和加載大型設(shè)計(jì)的性能。

　　新的配置向?qū)?見圖2)有助于設(shè)置調(diào)試時間段，并使它們在后續(xù)的時間段更快并更方便地再現(xiàn)。該版本包括對PowerPC高速緩沖存儲器突發(fā)模式、硬三模以太網(wǎng)MAC、分散/聚集DMA、及無數(shù)新的存儲控制器接口的支持。此外，8.2版本是第一個支持美國風(fēng)河系統(tǒng)公司（Wind River Systems）的VxWorks 6.3及MontaVista公司的嵌入式Linux 2.6的Platform Studio   版本。

圖2  賽靈思Platform Studio調(diào)試配置向?qū)?/P>

　　結(jié)論

　　8.2版本擴(kuò)展了Platform Studio工具套件的基礎(chǔ)，增加了用于處理和器件支持的新選項(xiàng)。對FPU的支持增強(qiáng)了業(yè)已快 速的PowerPC處理解決方案。除了加速生產(chǎn)率的通用XPS增強(qiáng)功能和改進(jìn)之外，8.2版本讓平臺調(diào)試進(jìn)入了一個新階段。賽靈思的MicroBlaze跟蹤核與安捷倫的跟蹤工具集的聯(lián)合使用，為復(fù)雜的嵌入式系統(tǒng)工作帶來了新的獨(dú)具一格的可視性。欲了解完整的8.2版本中的新功能，請?jiān)L問：www.xilinx.com/cn/edk。