基于FPGA的嵌入式系统设计

Xilinx提供了针对Micro Blaze Core应用系统开发的集成开发环境MDK，该开发环境包含了用于硬件描述和系统生成的Platform Generator、用于软件设计和编译的Micro Blaze IDE，GDB调试可通过FPGA配置JTAG接口进行，无需任何附加的调试硬件，配合Foundation ISE4.2和FPGA目标板即可进行全功能开发，MDK还包含了UART、GPIO、Watchdog、Timer/Counter、EMC和中断控制等基本处理器外设库，用户可以添加兼容OPB总线标准的任意IP Core.Insight和依元素科技均提供了功能全面的Micro Blaze Core评估工具。

PPC405 Core是一个高性能的处理器内核，它具有独立于FPGA JTAG的调试端口和更加复杂的调试功能，我们甚至可以将基于PPC405 Core的SOPC调试直观地理解为基于IBM PPC405处理器和大容量FPGA的单板机调试，只不过这个单板机无需进行传统的PCB设计和调试，设计迭代过程全部在计算机上进行。PPC405 Core的软件集成开发环境支持传统的IBM PPC405开发环境，Xilinx提供了相应的系统集成开发环境和GNU软件开发工具包支持。第三方软件开发商Wind River和Montvisa已分别宣布其VxWorks和HardHat Linux实时操作系统（RTOS）及其集成开发环境支持Virtex II Pro 系列FPGA，Insight和Avnet已开始销售含有Virtex II Pro FPGA的高端评估板。依元素科技也推出了用于开发PowerPC系列处理器的GNU集成开发工具和利刃？系列调试工具，以及含有PowerPC处理器的原型评估板。

4 基于Internet可重配置逻辑（IRL）

4.1 IRL技术的基本特征与应用

Internet Reconfigurable Logic （IRL）是Xilinx倡导的一种新的FPGA设计理念，其核心是通过Internet对远程设备的硬件设计和软件程序进行升级、重构、调试和监控，这种设计理念伴随着嵌入式Internet技术的蓬勃发展必将对嵌入式设备的设计模式产生深远的影响。

IRL包括三个方面的基本要素：含有配置bit流或应用程序的主机含有配置功能的目标系统Internet或远程访问介质在Internet环境下，可通过Web Browser访问远程目标机，通过HTTP、FTP协议、Java Applet和CGI等功能实现数据、文件传输和交互控制功能。在某些特殊环境下，远程访问介质可以是PSTN、无线网络或其它特殊媒介，这在某些工业控制场合以及军事应用中是常见的。

IRL技术可以应用于许多场合，诸如：在部分功能没有完成全面测试之前就可以先将产品投放市场；故障设备的远程维护；远程修复产品使用过程中发现的Bug；对已售出的产品升级新的功能；对新出现的标准和协议予以支持等等。总而言之，采用IRL技术将带给我们的产品三个明显的优势：缩短产品上市时间；减少产品维护费用；延长产品生命周期。

4.2 IRL技术的设计实现

在基于Web Browser的条件下，主机端的应用程序将达到最简化，主机端无需安装任何特殊应用程序就可完成对远程设备的操作，这种简化对用户而言是必要的。这样，目标机的设计就是IRL技术实现的全部内容。

一般而言，目标机端IRL模块应实现以下功能：以太网或Modem接入TCP/IP或TCP/IP+PPP协议栈Http Web Server支持CGI、ASP或Java Script FPGA配置时序，至少支持JTAG配置模式足够的存储空间和配置故障恢复功能在嵌入式Internet技术和处理器的支持下，这些功能的实现已经不是技术上的瓶颈了，图4给出了依元素科技也开发的IRL评估模块原理框图，

图4 基于Rabbit2000的IRL模块原理框图

该这种实现方式是一种基于单片机或专用处理器的IRL实现方式。Avnet推出了基于PowerPC和PMC总线的高端IRL技术评估板。

在本文研究的SOPC设计技术的基础上，FPGA甚至能够通过内部嵌入式处理器内核（如Micro Blaze和PPC405）及其软件支持，实现对自身的重构和升级。

5 结束语

随着可编程逻辑器件工艺的不断进步和开发工具的不断增强，FPAG将更加广泛的应用在各个领域，FPGA的将在更广泛的范围普及，成本和价格将不再成为我们拒绝在设计中采用FPGA的理由。我们有理由相信，SOPC、IRL等设计理念将会对我们的设计方式产生新的变革，也必将给每一位嵌入式工程师带来有益的思路和更加宽广的创意空间。