基于SOPC的虚拟嵌入式开发系统

基于SOPC的虚拟嵌入式开发系统
对于“虚拟”的理解 设计一个嵌入式开发板，有这样一些硬件： 微处理器，USB接口，LED指示灯，LCD显 示器，外部SDRAM，输入按键，以及下载代 码所需的JTAG接口。 如何通过FPGA来创建这些硬件，并让它们 合理的连接在一起呢？

USB外设
SDRAM
嵌入式开发系统的开发流程
硬件开发以及调试 软件开发以及调试
概念设计
硬件环境搭建
驱动程序以及应用软件编写
软件下载入硬件中调试
嵌入式开发系统的开发流程
开发流程一：选择具体的处理器或者微处理，并选 定具体的外围硬件电路，构成一个硬件开发环境。
嵌入式开发系统的开发流程
开发流程二：根据所选择的硬件系统，选择合适的 软件开发环境，开发相应的应用软件或者驱动程序。
OUTPUT OUTPUT
OUTPUT
pin_name19
OUTPUT
pin_name20
OUTPUT OUTPUT
pin_name21
pin_name22 pin_name23 pin_name24 pin_name25 pin_name26
pin_name27
OUTPUT OUTPUT OUTPUT OUTPUT
clk_0 reset_n LineState_to_the_USB2_0[1..0] RxActive_to_the_USB2_0 RxError_to_the_USB2_0 RxValid_to_the_USB2_0 TxReady_to_the_USB2_0 usb_vbus_to_the_USB2_0 in_port_to_the_button_pio[7..0] LCD_E_from_the_lcd LCD_RS_from_the_lcd LCD_RW_from_the_lcd LCD_data_to_and_from_the_lcd[7..0] out_port_from_the_led_pio[7..0] out_port_from_the_seg_pio[7..0] address_to_the_ssram_0[20..0] adsc_n_to_the_ssram_0 bw _n_to_the_ssram_0[3..0] bw e_n_to_the_ssram_0 chipenable1_n_to_the_ssram_0 data_to_and_from_the_ssram_0[31..0] outputenable_n_to_the_ssram_0
虚拟嵌入式开发系统相对于传统的嵌入式开发而言，有许多的优点：
1.
2.
3.
具有很强的裁剪性。不同于传统的开发系统，虚拟嵌入式开发 系统可以任意增减硬件设备，而不需要对整体做很大改动。 极大的减小了技术风险。在开发中，技术竞争是一个十分大的 风险，对技术的评估如果通过传统开发模式进行，会加大风险。 实时性很强。嵌入式系统的一个特点就是实时性很强，某时某 刻有哪些行为，必须要很好的得到控制。传统的开发系统，通 过寄存器，指示灯，或者其它显示设备来观察信号，不具有很 强实时性，而虚拟嵌入式系统则有很强的实时性。



1.传统嵌入式系统的开发流程； 2.基于SOPC虚拟嵌入式开发系统的开发流程； 3.基于软件SOPC Builder的虚拟嵌入式开发系统开 发流程 ； 4.自行设计硬件处理器，验证虚拟嵌入式开发系统 对于其它处理器的可行性； 5.基于SOPC的虚拟嵌入式开发系统未来预测；
基于SOPC的虚拟嵌入式开发系统
开始设计
嵌入式软件的编写
C8051硬件IP和的创建
生成二进制文件
利用二进制文件创建 对应的ROM或者RAM 硬件结合并仿真分析
定时器模块 存储器控制模块 中断寄存器控制 模块
指令控制模块
特殊寄存器控制 模块
串行数据传输 模块
ALU模块
端口控制模块
时钟控制模块
C8051:my_c8051
ale codefetche1 datafetche1 debugack fetch flush intromsel1 pcince1 psen ramoe clk ramwe debugprog romoe debugreq sfroe debugstep sfrwe ea acc[7..0] reset p0o[7..0] p0i[7..0] p1o[7..0] p1i[7..0] p2o[7..0] p2i[7..0] p3o[7..0] p3i[7..0] rom_oe rom_datao[7..0] rom_addr[13..0] ramdatai[7..0] ramaddr[7..0] sfrdatai[7..0] cycle1[3..0] phase1[2..0] pclreg1[7..0] pchreg1[7..0] instr_show[7..0] ramdatao[7..0] databus_show[7..0] a2_show[7..0] regsbank_show[1..0] sfrdatao[7..0] sfraddr[6..0] romdatai[7..0] ramdatao[7..0] romaddr[13..0]
嵌入式开发系统的开发流程
开发流程三：将开发的软件下载到硬件开发板上，在 硬件开发板上观看软件的运行正确与否。
基于SOPC的虚拟嵌入式开发系统

SOPC简介 SOPC（System On a Programmable Chip ），片 上可编程系统的简称。SOPC是一种特殊的嵌入
式系统,它是片上系统（SOC），即由单个芯 片（FPGA\CPLD)完成整个系统的主要逻辑 功能。但它不仅是简单的SOC,它也是可编程 系统， 具有灵活的设计方式，可裁减、可扩 充、可升级，并具备软硬件在系统可编程的 功能。
基于SOPC的虚拟嵌入式开发系统
对于“虚拟”的理解 这里所说的“虚拟”，指的是在不需要硬件 环境的支持下，通过软件来仿真硬件的行为。 在开发的过程中，不需要真正的硬件，而是 利用FPGA的硬件可编程性，通过FPGA软件， 创建嵌入式开发所需要的硬件设备，然后将 这些“硬件设备”连接起来，从而构成一个 由软件组成的嵌入式开发环境。

基于SOPC的虚拟嵌入式开发系统


比如，要产生JTAG的IP核，首先，需要了解它 的工作原理。在此基础上，可以编写如下代码：
JTAG_IP


代码通过验证后，即可使用。 这里要注意的是：在编写一个硬件IP的时候，必须要 先考虑微处理器与硬件外设之间是如何连接的，即采 用怎样的总线进行连接，可以采用Avalon总线， WishBone总线，PCI等总线，不同的总线提供给硬件 设备不同的接口。
clk debugprog debugreq debugstep ea reset p0i[7..0] visual_rom:my_visual_rom
ale codefetche1 datafetche1 debugack fetch flush intromsel1 pcince1 psen ramoe_show ramwe_show romoe1 sfroe sfrwe acc[7..0] p0o[7..0] p1o[7..0] p2o[7..0] p3o[7..0] romaddr1[13..0] cycle1[3..0] phase1[2..0] pclreg1[7..0] pchreg1[7..0] instr_show[7..0] databus_show[7..0] a2_show[7..0] regsbank_show[1..0] sfrdatao[7..0] sfraddr[6..0] ramdatao_show[7..0] ramaddr_show[7..0]
OUTPUT OUTPUT
pin_name9
pin_name10 pin_name11 pin_name12 pin_name13 pin_name14
Oቤተ መጻሕፍቲ ባይዱTPUT OUTPUT OUTPUT OUTPUT
pin_name8
pin_name15
pin_name16 pin_name17 pin_name18
基于SOPC Buidler的开发流程
软硬件都创建好之后，将其导入到第三方 软件Modelsim中进行分析。以下是仿真 后的时序波形图：
LED灯的时序图
CPU数据总线时序图
CPU指令总线时序图

SOPC Builder由于使用的局限性，只能生成 分析以软核NIOS II为核心的虚拟嵌入式开发 系统。如今，商业领域中一般使用的是以 MC8051或者ARM为核心的开发板，如果要 生产上述两种核心的虚拟开发系统，该如何 操作？能否有一种通用的设计模式？
visual_ram:my_visual_ram
clk ramoe ramwe ramaddr[7..0] ramdatain[7..0]
p1i[7..0] p2i[7..0] p3i[7..0]
romdatai1[7..0] ramdatai_show[7..0]
frdatai[7..0]
基于SOPC的虚拟嵌入式开发系统未来预测
基于SOPC的虚拟嵌入式开发系统

按照同样的方式，创建其它硬件的IP核，将 它们通过Avalon总线连接起来，即可构成一 个硬件系统。
unnamed
pin_name
pin_name1
INPUT VCC INPUT VCC
INPUT VCC INPUT VCC INPUT VCC INPUT VCC INPUT VCC INPUT VCC INPUT VCC


应用群体：传统嵌入式开发的开发人员重点还是在 软件上，对于硬件的了解也只是概念性的；而 SOPC开发人员主要关注硬件的架构设计，从属于 硬件开发群体。 基于SOPC的虚拟嵌入式开发系统主要运用如下： 验证嵌入式程序的可实现性，其中硬件的设计，对 于开发者而言应该是一个黑箱；硬件对于开发者而 言，只有特定的功能引脚具有可见性，所以该系统 主要针对软件开发者。