MemoryBox上基于FPGA的嵌入式系统的设计

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1、第1章绪论1．1前言嵌入式系统是继PC机、计算机网络技术之后，信息技术领域又一个技术热点和发展方向，从技术角度看是计算机技术、半导体技术、电子技术和具体应用结合的产物，从系统角度看是技术密集、资金密集、高度分散、高度创新的知识集成系统。嵌入式系统目前已经广泛地应用于消费电子、网络通信、工业控制、航空航天、国防军工等各个领域。随着计算机技术与通信技术的进步，尤其是互联网的发展，嵌入式系统在信息社会的影响力将无处不在，其研究与开发对国家有着越来越重要的战略意义。嵌入式系统的硬件核心是嵌入式处理器。目前

2、起源于英国剑桥的ARM(AdvancedReducedMachine)公司是业界领先的16／32位嵌入式处理器技术、IP提供商。由于ARM处理器核具有性能高、成本低、能耗省的特点，加上成功的技术与市场战略，占领了约75％的RISC处理器市场威为便携式通信设备、手持计算、多媒体数字消费等嵌入式解决方案中事实上的标准。但是，其他嵌入式处理器，如PowerPC、MIPS由于产品定位、技术路线等原因在相当领域也具有很强的影响力。1随着FPGA技术的进步，FPGA厂商同嵌入式处理器IP／技术提供商合作，在其

3、产品中嵌入了嵌入式处理器软核或硬核，使得构建在FPGA上的SOPC(SystemoilaProgrammableChip)成为一种高度灵活、可裁减、可扩充、软硬件在系统可编程的特殊的嵌入式系统。SOPC在未来的发展趋势将一定程度上改变不同嵌入式处理器厂商在业界的影响力。2004年IBM牵头成立Power．org开放标准联盟，与众多加盟厂商共同促进基于Power微处理器技术开发创造更多的新产品和组件。PowerPC405是第l章绪论Power．org联盟中最早开放的处理器架构，面向消费电子、无线通信

4、网络以及嵌入式应用领域。此举在消费电子产品、网络设备、汽车电子、IT系统等领域的设计中将产生重大影响。xitill)【(赛灵思)和IBM合作，利用将嵌入式处理器核心的所有高速总线与可编程结构直接密切耦合的IP植入技术，在部分VirtexIIPro系列FPGA中植入领先的嵌入式处理器结构一IBMPowerPC405。V'trtexIIProFPGA集成了RocketlO技术，作为支持多端口的3．125Gbit／s串行接口的可编程解决方案。RocketlO技术为高性能接口提供了完整的解决方案。正是由于

5、SOPC这种嵌入式系统的优点，嵌入式处理器PowerPC405的性能，Linux支持PowerPC架构，RocketlO技术等，使得我的论文所出自的项目MemoryBox在选择方案时选择了Virtex2ProFPGA。本文详述了作者在硕士学位论文期间参与国家863项目基于光互连自组织内存服务体系(简称MemoryBox)，在基于内置PowerPC405嵌入式处理器的FPGAVirtexIIPro上设计嵌入式系统，移植linux内核，设计存储管理软件MMU的详细项目经历。1．2嵌入式系统概述1．2．

6、1嵌入式系统的定义IEEE(国际电机工程师协会)从应用上加以定义嵌入式系统是“控制、监视或者辅助装置、机器和设备运行的装置”(原文为devicesusedtocontrol,monitor,orassisttheoperationofequipment．machmeryorplants)。从中可看出嵌入式系统是软件和硬件的综合体，还可以涵盖机械等附属装置。不过上述定义并不能充分体现出嵌入式系统的精髓，目前国内一个普遍被认同的定义是：以应用为中心、以计算机技术为基础、软件硬件可裁剪、适应应用系统对功

7、能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。该定义可从几方面来理解嵌入式系统：(1)嵌入式系统紧密结合应用，具有很强的专用性，具有需求、应用决定性。2第1章绪论(2)嵌入式系统是计算机技术、半导体技术和电子技术交叉集成，并与各个行业的具体应用相结合的产物，这决定了它必然是一个技术密集、资金密集、高度分散、高度创新的知识集成系统。(3)不同于通用的X86等计算机系统，嵌入式系统必须根据应用需求对软硬件进行裁剪，满足应用系统的功能、可靠性、成本、体积等要求。目前，世界上对嵌入式系统还没有一个

8、唯一的定义。嵌入式系统本身涉及的范围与领域太广，凡是与产品结合在一起的具有嵌入式特点的控制系统都可以叫嵌入式系统，因此很难给它下一个准确的定义。目前人们讲嵌入式系统时，默认指具有嵌入式操作系统(EOS)的嵌入式系统。1．22嵌入式系统的特点(1)系统内核小。由于嵌入式系统一般是应用于小型电子装置的，系统资源相对有限，所以内核较之传统的操作系统要小得多。(2)专用性强。嵌入式系统的个性化很强，其中的软件系统和硬件的结合非常紧密，一般要针对硬件进行系统的移植，即使在同一品牌、同一系列的