采用FPGA的嵌入式系統(tǒng)XBD文件設(shè)計

隨著可編程邏輯器件的不斷進(jìn)步和發(fā)展，

　　MHS和MSS文件都是根據(jù)系統(tǒng)要求在EDK環(huán)境下生成的。MHS文件包含了對整個嵌入式系統(tǒng)的定義，包括處理器、總線、外圍設(shè)備、地址空間等，用于整個硬件平臺的綜合、實現(xiàn);MSS文件包含了操作系統(tǒng)、設(shè)備驅(qū)動等信息，將其輸入到庫生成器(Libgen)，產(chǎn)生應(yīng)用程序中需要的驅(qū)動程序及Xilinx的調(diào)用庫。　　嵌入式開發(fā)軟件EDK為設(shè)計人員提供了自動化的設(shè)計向?qū)?mdash;—BSB(Base System Builder)，可以指引工程師快速完成整個設(shè)計過程。在利用BSB創(chuàng)建嵌入式系統(tǒng)過程中，利用嵌入式硬件平臺的XBD文件對板級各個功能電路的描述，按步驟選擇需要的電路模塊添加到MHS文件中，從而減少出現(xiàn)錯誤的可能，降低學(xué)習(xí)難度。因此，一個新的嵌入式FPGA硬件平臺確定以后，在EDK中針對開發(fā)板進(jìn)行嵌入式系統(tǒng)開發(fā)，可以利用相應(yīng)的XBD文件，快速建立一個基于FPGA的嵌入式系統(tǒng)。

2 板級描述文件XBD

　　XBD(Xilinx Board Description)文件定義了電路板的功能模塊以及各個模塊與FPGA芯片的接口情況，利用BSB可以將XBD文件中包含的功能模塊加入到要建立的嵌入式系統(tǒng)中。

　　在EDK的安裝目錄下，Xilinx公司為設(shè)計者提供了一些開發(fā)板的XBD文件。但是，一個新的嵌入式硬件平臺建立后，想要在EDK軟件中利用BSB向?qū)ёx取硬件電路的信息，從而高效無誤地產(chǎn)生FPGA嵌入式系統(tǒng)，需要針對電路板上的各個單元電路設(shè)計新的XBD文件來描述硬件平臺的信息。通常，一個XBD文件包括如下信息：

　　◆電路板所支持的功能模塊的FPGA接口;

　　◆每個模塊的屬性、參數(shù)、端口定義;

　　◆不同端口或模塊間的連接信息;

　　◆每個FPGA引腳的UCF約束信息。

　　由于XBD文件是對硬件各功能模塊的描述，因此在設(shè)計XBD過程中也是以模塊的形式來表示電路板信息的，而且各個功能塊的描述具備相似的結(jié)構(gòu)，使用相同的賦值命令進(jìn)行具體參數(shù)定義。

　　2.1，模塊的定義

　　一個完整的模塊定義如下：

　　BEGIN

　　:

　　END

　　關(guān)鍵字BEGIN表示一個新的模塊開始，后面是要定義模塊的類型，中間部分是與描述IP核行為的MPD文件相對應(yīng)的各種參數(shù)。當(dāng)前，XBD文件能夠識別3種類型的模塊定義：

　?、買O_INTERFACE。IO_INTERFACE指定了一個電路板上的物理模塊(不包括FPGA本身)，每一個IO—INTERFACE在板上應(yīng)該有一個在FPGA中使用的軟IP核與之相對應(yīng)。

　?、贗O_ADAPTER。IO_ADAPTER指定了連接IO_INTERFACE引腳與相應(yīng)軟IP端口的軟膠合邏輯。

　　③FPGA。FPGA模塊代表FPGA本身。

　　2.2 賦值命令

　　每個BEGIN—END模塊包括多個賦值命令。賦值命令至少包括一個name—value對，還可以加入多個name—value子對。

　　賦值命令包括：

　?、貯TTRIBIJTE。ATTRIBUTE命令是對屬性命名的關(guān)鍵字。對于經(jīng)過ATTRIBUTE賦值的對象，EDK工具會執(zhí)行某種操作或以特定的方式使用該對象。ATTRIBUTE賦值命令可以在BEGIN—END模塊內(nèi)部或者外部使用。

　?、赑ARAMETER。PARAMETER命令將IP核中的PARAMETER參數(shù)同XBD文件中的IO_INTERE、ACE聯(lián)系在一起，且PARAMETER命令只能在IO_INTERFACE模塊內(nèi)部使用。

　?、跴ORT。PORT命令用來指定電路板上各個模塊(包括FPGA)的連通性，只能在IO_INTERFACE和IO_ADAPTER模塊內(nèi)使用。

　　PARAMETER和PORT命令后能夠跟隨子屬性，每一個子屬性也是name—value對。子屬性必須同PA—RAMETER和PORT命令在同一行，并且用逗號隔開。

　　3 XBD文件的設(shè)計實現(xiàn)

　　在基于FPGA的嵌入式系統(tǒng)中，無論是硬核Power—PC還是軟核Microblaze處理器，都是通過IP核的方式與周圍設(shè)備進(jìn)行操作的，因此，在XBD中定義電路模塊時要選擇與實際電路相對應(yīng)的IP核。在描述IP核行為的MPD文件中，定義了IP核的各種參數(shù)，I0_INTERFACE的子屬性IOTYPE決定了該IP核是否能夠與電路板上的特定模塊進(jìn)行連接，通過查看MPD文件的信息就可以知道該IP的功能及其各種參數(shù)。例如，對于電路板上的4個LED顯示單元，為了能夠利用BSB將其加入到嵌入式系統(tǒng)中，需要在XBD文件中定義一個能夠?qū)?個LED進(jìn)行操作的模塊。在基于FPGA的嵌入式系統(tǒng)中，處理器通過通用I/O接口GPIO對LED進(jìn)行操作，故LED在XBD中要定義一個IOTYPE為GPIO的I0_INTER—FACE模塊，表示可以通過這個模塊與實際電路板上的I/O進(jìn)行通信。在GPIO的MPD文件描述中，對于I0_IN—TERFACE進(jìn)行了如下定義：[!--empirenews.page--]
IO_INTERFACE IO_IF=gpio_O，IO_TYPE=XIL_GPIO_V1

　　這個I0_INTERFACE表明IP核可以和GPIO進(jìn)行通信。

　　與電路板上特定模塊通信的IP核選定后，根據(jù)實際的電路特點，在XBD文件中指定模塊的參數(shù)值，這些參數(shù)值都要與MPD文件中的參數(shù)一一對應(yīng)。需要指出的是，EDK工具是利用XBD文件中的IO_IS子屬性將IP核的端口與電路板上模塊連接在一起的。在MPD文件中，GPIO的部分描述摘錄如下：

　　MPD文件定義了IOTYPE類型為XIL_GPIO_V1的I/O接口，并且有C_GPIO_WIDTH和C_ALL_INPUTS兩個參數(shù)。這些參數(shù)跟隨的I0_INTERFACE是通過IO_IF子屬性來指定的。同樣，PORT GPIO_IO也是通過IO_IF子屬性來表示屬于gpio_0接口的。通過MPD文件對GPIO的描述，可以通過將電路板上的4個LED電路模塊在XBD文件中定義一個IO_INTERFACE模塊來表示。