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实现SOPC的嵌入式软硬件协同设计平台 实现SoPC的嵌入式软硬件协同设计平台* 李志军.陈丽娟,刘建霞,张剑飞 (黑龙江科技学院,哈尔滨150027) 摘要:对基于FPGA的SOPC软硬件协同设计方法进行了研究,在此基础上,详细设计了系统硬件平台,并对硬件平台 的硬件系统进行了定制.本平台满足了从硬件系统定制,到操作系统配置均可以按照设计需求进行定制的特点. 关键词:SOPC;嵌入式系统;软硬件协同设计;FPGA 中图分类号:TP311文献标识码:A EmbeddedSoftwareandHardwareCo-designPlatformBasedonSOPC LiZhijun,ChenLijuan,LiuJianxia,ZhangJianfei (HeilongjiangInstituteofScienceandTechnology,Harbin150027,China) Abstract:ThispaperbasedonFPGASOPCsoftwareandhardwareofcollaborativedesignmethodwasstudied,andonthisbasis,the detaileddesignthehardwareplatform,andthehardwareplatformofhardwaresystemcustomization.Fromhardwarecustomizationto operatingsystemconfiguration,theplatformprovidestotalcustomizationaccordingtodesignrequirements. Keywords:SOPC;embeddedsystem;hardwareandsoftwareco—design;FPGA 片上可编程系统(SystemOnaProgrammableChip, SOPC)是Ahera公司提出来的一种灵活,高效的SoC解 决方案.SOPC是一种特殊的嵌入式系统:首先,它是系 统芯片SoC,即由单个芯片完成整个系统的主要逻辑功 能;其次,它是可编程系统,具有灵活的设计方式,可裁剪, 可升级,可扩充,并具备软硬件在系统可编程的功能.它 结合了SoC和FPGA的优点,具有以下基本特征:至少包 含一个以上的嵌入式处理器IP(IntellectualProperty,知 识产权)核,具有小容量片内高速RAM资源,丰富的IP 核资源可供灵活选择,有足够的片上可编程逻辑资源,处 理器高速接口和FPGA编程接口共用或并存,可能包含 部分可编程模拟电路,单芯片,低功耗]. 本文主要研究的是应用嵌入式系统开发的软硬件协 同设计方法来实现一个集软核处理器的嵌入式设计平台, 在此基础上,如有必要还可集成嵌入式操作系统. 1基于SOPC软硬件协同设计方法 SOPC设计技术实际上涵盖了嵌入式系统设计技术 的全部内容,除了以处理器和实时多任务操作系统RTOS 为中心的软件设计,以PCB和信号完整性分析为基础的 高速电路设计技术以外,SOPC还涉及目前已经引起普遍 *基金项目:黑龙江省教育厅科学技术研究项目(项目编号. 关注的软硬件协同技术]. 1.1软硬件协同设计模型 目前的软硬件协同设计是指软硬件的设计同时进行, 在系统的初期阶段两者就紧密相连.软硬件协同设计不 仅是一种设计技术,同时也是一种新的设计方法和思想, 它的核心问题是沟通软件设计和硬件设计,避免系统中关 系密切的两部分设计过早独立.同传统设计方法相比,软 硬件协同设计提高了设计抽象的层次,并拓展了设计的覆 盖范围.采用软硬件协同设计技术可以使嵌人式系统设 计更好和更快. 软硬件协同设计在其研究和生产实践过程中,提出了 很多的设计模型.这些模型都是把系统功能转换成组织 结构,将抽象的功能描述模型转换成组织结构模型.由于 针对一个系统可以建立多种模型,因此应根据系统的仿真 和先前的经验来选择模型¨3]. 软硬件协同设计流程从目标系统构思开始.对一个 给定的目标系统,经过构思,完成该系统的规范描述,然后 是模块的行为描述,对模块的有效性检查,软硬件划分,性 能评估,硬件综合,软件编译,软硬件集成,软硬件协同仿 真与验证等各个阶段.其中软硬件划分后产生硬件部分, 软件部分和软硬件接口3个部分.硬件部分遵循软件描 述,软件生成和参数化的步骤,生成软件模块,最后把生成 的软硬件模块和软硬件接口集成,并进行软硬件协同仿 8Microcontrollersamp;EmbeddedSystems2011年第5期WWW. 真,以进行系统评估和设计验证.图1给出了一个软硬件 协同设计流程. 图1软硬件协同设计流程 图中对软硬件设计流程中每个子过程进行了简单的 描