μC/OS-II在Microblaze上的移植与使用专题--“安富利杯”赛灵思FPGA设计技巧与应用创新博文大赛参赛作品

reference：http://xilinx.eetrend.com/d6-xilinx/blog/2010-05/682.html

 

随着集成电路设计与制造技术的发展，FPGA芯片的容量越来越大、性能越来越高，用FPGA构建片上系统成为现实，基于FPGA的嵌入式系统与SOPC(System On a Programmable Chip)设计技术将逐渐成为系统设计的主流技术，正获得越来越广泛地研究。Microblaze是Xilinx公司一款针对FPGA器件进行了优化设计的软处理器核，有不错的性能且价格低廉，且支持Xilinx全系列的FPGA器件，应该有着广阔的发展前景。μC/OS-II是Jean Labrosse先生于1998年推出的一个优秀的开放源码的实时操作系统，具有移植方便、执行效率高、占用空间小、实时性强和可靠性高等优点。采用μC/OS-II+Microblaze的应用平台对中小嵌入式系统应用来说是十分适合的。本文基于μC/OS-II在Microblaze上的移植与基于该系统的应用研究，记录移植和使用过程的心得、体会，内容可能会有些零散，希望对有类似应用的朋友有些帮助，也欢迎大家来交流与讨论。
一、主要参考资料
①μC/OS-II学习主要参考邵贝贝教授译的《嵌入式实时操作系统μC/OS-II(第2版)》
下面是CHINA-PUB的介绍http://www.china-pub.com/12618
网上也有该书第一版的电子书可以找来学习。
② Micrium公司的Micrium-uCOS-II-V286.ZIP，包括代码与文档，可以从
www.micrium.com获得。
③ Micrium公司的μC/OS-II and the Xilinx MicroBlaze Processor Application Note
可以从www.micrium.com获得。
④ Xilinx公司EDK相关文档：http://www.xilinx.com/ise/embedded/edk_docs.htm
⑤ ISE、EDK软件的帮助文档，包括MicroBlaze Processor Reference Guide （mb_ref_guide.pdf）。
⑥ EDK的基本使用可以参考：Xilinx官方的6个EDK实验(中文版).pdf
百度文库上有http://wenku.baidu.com/view/e92e71d184254b35eefd3425.html

二、操作系统的配置选项问题
在进行Software Platform配置时，一般安装了EDK软件后，操作系统与库设置时可选择的标准选项只有两个：Standalone和Xilkernel。 Standalone适合不带操作系统的应用，只提供基本的设置中断，配置Cache等功能，Xilkernel是赛灵思提供的一个嵌入式内核。为了能在设置操作系统时可以选择μC/OS-II，根据赛灵思文档描述，EDK软件的操作系统配置选项其实是通过扫描bsp目录得到，扫描顺序是：
1． 当前工作目录，即工程目录。
2．调用Libgen时用 –lp选项指定的目录。
3．EDK安装目录下的 EDK\sw\lib\bsp目录。
所以我们如果要在所有新建工程时都有μC/OS-II选项，可以把Micrium公司提供的移植包AN-1013.zip里的BSP目录下内容COPY到EDK安装目录下的 EDK\sw\lib\bsp目录下就可。如果仅仅是当前工程用的话，把它COPY到工程目录就可以了。
bsp目录有特定的结构，如下图示：

bsp目录下my_os指定我们用的操作系统，这里为uCOS-II_v2_86_a。
my_os目录下面的src目录包括所有的源文件和头文件，data目录包括两个文件: mld文件和tcl文件。mld文件用来定制操作系统的软件库与板级支持包（BSP：Board
Support Packages），tcl文件为产生软件库和BSP包的脚本文件。

三、Microblaze的总线接口
Microblaze处理器提供了以下的总线接口和外部进行通信
① PLB总线：32比特版本的PLB V4.6总线可以支持多个主设备和从设备连接，提供高效率的传输性能，适合于数据传输密集性应用。
② OPB总线：外设总线，适用于低速设备的连接。
③ LMB总线：本地存储总线，用来高速连接片内的 BLOCK RAM的同步总线，使用最少数量的控制信号和在一个时钟周期内存取BLOCK RAM的简单协议。LMB总线的读写时序和BLOCK RAM的读写时序是一样的，且所有的LMB信号是高电平有效。
④ FSL总线：快速单工链接接口，提供一种效率高、占用资源少的单向的点对点数据流传输。最新的Microblaze 7.2处理器最多支持16个FSL接口，每个FSL接口有一个输入和一个输出接口组成。FSL总线的读写操作通过Microblaze的PUT和GET指令完成的, 分为两种模式: 阻塞模式和非阻塞模式。阻塞模式是指写操作时如fifo满或读操作时如fifo空时处理器会等待，只到fifo不满而写操作成功或fifo非空而读操作成功。非阻塞模式读写操作不成功时处理器不会等待，但会在MSR中设置进位信号。
⑤ XCL总线：Xilinx 缓存链路接口，用在需要使用外部存储时，提供一种高效和延时最小的方案，XCL接口设计为直接通过内嵌的FSL接口连接到内存控制器。
⑥ Debug和Trace：用于基于JTAG的软件调试模块DMD（
Xilinx Microprocessor Debug Module）。
对于代码量不大的应用来说，代码和数据都可以放在BLOCK RAM内而使用LMB总线比较方便，如果需要外扩存储器时，就要使用XCL总线来提供访问外部存储器的效率。外设连接一般用到PLB或OPB或FSL总线。像LMB，FSL总线协议是比较简单的，但使用也是比较多的，具体读写时序可以参考MicroBlaze Processor Reference Guide的第2章信号接口描述，而PLB总线可以参考IBM 128-Bit Processor Local Bus Architectural Specification (v4.6)。在EDK\hw安装目录下的EDKIP核内有相应的IP说明文档参考。

-待续-
此文为“安富利杯”赛灵思FPGA设计技巧与应用创新博文大赛参赛作品