SOPC在嵌入式工业以太网控制器中的应用

　　4 软件设计

　　完成NIOS的硬件开发后，SOPC Builder可以帮助开发者生成相应的SDK（软件开发包）。这是由于在硬件开发中的NIOS CPU及其外设构成的系统是自定制的，存储器、外设地址的映射等都各不相同，需要的SDK也应是专有的，SOPC Builder能够自动生成SDK。

　　在生成的SDK基础之上，进入软件开发流程，在这个部分，开发几乎与通常的嵌入式系统的开发没有区别，唯一的不同只在于，嵌入式系统是自己定制的、裁剪过的，受到硬件的局限小一些。

　　控制器的操作系统考虑到性价比以及现场控制需要，采用了uClinux。uClinux是一个完全符合GNU/GPL公约的操作系统，完全开放代码，其是专门为控制领域而裁减设计的嵌入式操作系统。

　　uClinux 从Linux 2.0/2.4内核派生而来，沿袭了主流Linux的绝大部分特性[5]。它是专门针对没有MMU的CPU，并且为嵌入式系统做了许多小型化的工作。适用于没有虚拟内存或内存管理单元（MMU）的处理器。它通常用于具有很少内存或Flash的嵌入式系统。

　　在GNU通用公共许可证（GNU GPL）的保证下，运行uClinux操作系统的用户可以使用几乎所有的Linux API函数，不会因为没有MMU而受到影响。由于uClinux在标准的Linux基础上进行了适当的裁剪和优化，形成了一个高度优化的、代码紧凑的嵌入式Linux，虽然它的体积很小，uClinux仍然保留了Linux的大多数的优点:稳定、良好的移植性、优秀的网络功能、完备的对各种文件系统的支持、以及标准丰富的API等。在开发应用程序之前，先将uClinux移植到NIOS处理器中来。

　　特别的为了应用到工业实时领域，本文进一步增强uClinux的实时性。

　　整个嵌入式工业以太网控制器具有以下特点:

　　控制器具有很高的灵活性。这是本文设计的以太网控制器的最大特点。由于微处理器采用Altera公司的NIOS，使得系统资源能够灵活调配，并且克服了采用其它处理器中存在的接口速率瓶颈的缺点，适应工业以太网实时数据的要求。

　　控制器具有很高的集成度。由于NIOS具有丰富的接口资源，而uClinux裁减后体积非常小，而且具备以太网功能，这样可以很容易实现控制器的微型化、Internet化;

　　控制器具有很高的实时性。在设计硬件和软件时都充分考虑了系统的实时性。硬件设计中采用了高速的A/D（500khz）和多路D/A输出，使得关键信号能及时采样和输出，保证了“硬实时”;操作系统中加入了RTlinux模块，保证了“软实时”。

　　5 实际应用

　　针对某企业生产现场需要，将该型控制器应用到基于以太网的控制系统中。针对现场对网络可靠性参数的严格要求，在控制层网络改进传统以太网拓扑结构。采用环形网络拓扑，可以增加网络的可靠性。

　　而解决网络的实时性问题则采用了控制区域（Control Domain）概念，将控制现场分区，减少各个控制区资源竞争的情况。而控制区域之间的是通过交换式以太网交换机来通信。