基于Linux的SoPC开发

2 基于Linux的SoPC系统构建

系统的构建包括，硬件平台的搭建和Linux操作系统的移植。首先进行项目需求分析，决定实现系统需要的硬件IP核，继而搭建硬件平台。硬件平台构建完成之后，利用EDK软件生成相关的硬件参数文件和设备驱动文件。用户需要利用生成的文件构建Linux内核，同时需要构建适用于内核的根文件系统，最后在构建完成的操作系统的基础上开发所需功能的应用程序接口。其中根文件系统的构造要考虑内核中提供的服务和功能以及应用程序所需的系统命令等。同样所要实现的应用功能又影响着内核服务和功能的选择。根文件系统、应用程序接口以及内核三者是互相影响的。具体的构建流程图如图3所示。

2.1 利用EDK搭建硬件系统

利用EDK8.2软件搭建硬件系统，因为基于Linux的操作系统设计中，CPU、RAM和总线是必须的。由于芯片内部的BRAM只有128kb/s, 而下载Linux内核的.elf文件通常远大于这个容量，因此需要使用外部的存储单元。本文使用opb_sdram存储控制模块实现此功能。本文使用Uart16550控制模块，能方便地通过RS232端口观察测试的结果。为满足本文应用的需要，可以使用Uartlite模块实现RS232的COM2端口和外部设备通信的功能。添加Ethernet_Mac的IP模块，可使用以太网端口将开发板连接到网络上。为了调试的方便，可以加入GPIO模块。通过GPIO控制LED灯，可显示系统状态。若选择应用程序初始化硬件，当bit数据下载到FPGA系统正常运行时，可以观察到LED灯被点亮。另外，根据设计需求，也可以挂载用户定制的IP，以处理用户的特定的需求。

选择参数时，可以使用默认值，而存储器参数可以选择容量大一些的。使用的PowerPC 405硬核，PPC的工作频率设置为100MHz, 参考时钟和系统的总线频率也分别设置为100MHz；使用的BRAM模块IBRAM和DBRAM速率分别设置为64Kb/s。最终定制的SoPC硬件系统如图4所示。

2.2 SoPC的Linux系统构建

在SoPC的硬件系统构建完成之后，利用EDK软件生成的板级支持包（BSP）配置编译内核。BSP包含了所选定处理器架构的属性文件以及相关硬件的驱动源文件。将这些文件加入到Linux内核中，然后配置内核选项选择对应的处理器架构、所选硬件的驱动模块以及需要的其他内核模块，之后再对完成配置的内核进行编译，生成Linux的内核image文件。

生成内核image文件之后，还需要生成系统运行所需要的根文件系统。根文件系统中包含了嵌入式Linux系统的所有应用程序、库以及系统配置等相关文件。根文件系统中常用的程序和命令可利用开源软件Busybox构造。构造完成之后，在Busybox生成的目录和文件的基础上再构造根文件系统的目录树，并添加相关设备文件和配置文件以及系统运行时需要的脚本文件，从而形成最终的根文件系统。至此,就可以将文件系统作为映像编译到内核中，也可以通过网络使用NFS文件系统加载根文件系统。

3 应用举例

以一个多进程的嵌入式Web服务器用于实现控制远程设备的的开发为例，阐述在基于Linux的SoPC系统上开发应用程序的过程。嵌入式Web服务器的开发包括HTTP协议裁减和具体的应用程序实现。用户可以通过向Web服务器发送CGI请求的方式使服务器通过串口和外部设备通信，达到远程控制的目的。