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MHS和MSS文件都是根据系统要求在EDK环境下生成的。MHS文件包含了对整个嵌入式系统的定义,包括处理器、总线、外围设备、地址空间等,用于整个硬件平台的综合、实现;MSS文件包含了操作系统、设备驱动等信息,将其输入到库生成器(Libgen),产生应用程序中需要的驱动程序及Xilinx的调用库。嵌入式开发软件EDK为设计人员提供了自动化的设计向导——BSB(Base System Builder),可以指引工程师快速完成整个设计过程。在利用BSB创建嵌入式系统过程中,利用嵌入式硬件平台的XBD文件对板级各个功能电路的描述,按步骤选择需要的电路模块添加到MHS文件中,从而减少出现错误的可能,降低学习难度。因此,一个新的嵌入式FPGA硬件平台确定以后,在EDK中针对开发板进行嵌入式系统开发,可以利用相应的XBD文件,快速建立一个基于FPGA的嵌入式系统。
2 板级描述文件XBD XBD(Xilinx Board Description)文件定义了电路板的功能模块以及各个模块与FPGA芯片的接口情况,利用BSB可以将XBD文件中包含的功能模块加入到要建立的嵌入式系统中。 在EDK的安装目录下,Xilinx公司为设计者提供了一些开发板的XBD文件。但是,一个新的嵌入式硬件平台建立后,想要在EDK软件中利用BSB向导读取硬件电路的信息,从而高效无误地产生FPGA嵌入式系统,需要针对电路板上的各个单元电路设计新的XBD文件来描述硬件平台的信息。通常,一个XBD文件包括如下信息: 电路板所支持的功能模块的FPGA接口; 每个模块的属性、参数、端口定义; 不同端口或模块间的连接信息; 每个FPGA引脚的UCF约束信息。 由于XBD文件是对硬件各功能模块的描述,因此在设计XBD过程中也是以模块的形式来表示电路板信息的,而且各个功能块的描述具备相似的结构,使用相同的赋值命令进行具体参数定义。 2.1,模块的定义 一个完整的模块定义如下: BEGIN: END 关键字BEGIN表示一个新的模块开始,后面是要定义模块的类型,中间部分是与描述IP核行为的MPD文件相对应的各种参数。当前,XBD文件能够识别3种类型的模块定义: ①IO_INTERFACE。IO_INTERFACE指定了一个电路板上的物理模块(不包括FPGA本身),每一个IO—INTERFACE在板上应该有一个在FPGA中使用的软IP核与之相对应。 ②IO_ADAPTER。IO_ADAPTER指定了连接IO_INTERFACE引脚与相应软IP端口的软胶合逻辑。 ③FPGA。FPGA模块代表FPGA本身。 2.2 赋值命令 每个BEGIN—END模块包括多个赋值命令。赋值命令至少包括一个name—value对,还可以加入多个name—value子对。 赋值命令包括: ①ATTRIBIJTE。ATTRIBUTE命令是对属性命名的关键字。对于经过ATTRIBUTE赋值的对象,EDK工具会执行某种操作或以特定的方式使用该对象。ATTRIBUTE赋值命令可以在BEGIN—END模块内部或者外部使用。 ②PARAMETER。PARAMETER命令将IP核中的PARAMETER参数同XBD文件中的IO_INTERE、ACE联系在一起,且PARAMETER命令只能在IO_INTERFACE模块内部使用。 ③PORT。PORT命令用来指定电路板上各个模块(包括FPGA)的连通性,只能在IO_INTERFACE和IO_ADAPTER模块内使用。 PARAMETER和PORT命令后能够跟随子属性,每一个子属性也是name—value对。子属性必须同PA—RAMETER和PORT命令在同一行,并且用逗号隔开。 3 XBD文件的设计实现 在基于FPGA的嵌入式系统中,无论是硬核Power—PC还是软核Microblaze处理器,都是通过IP核的方式与周围设备进行操作的,因此,在XBD中定义电路模块时要选择与实际电路相对应的IP核。在描述IP核行为的MPD文件中,定义了IP核的各种参数,I0_INTERFACE的子属性IOTYPE决定了该IP核是否能够与电路板上的特定模块进行连接,通过查看MPD文件的信息就可以知道该IP的功能及其各种参数。例如,对于电路板上的4个LED显示单元,为了能够利用BSB将其加入到嵌入式系统中,需要在XBD文件中定义一个能够对4个LED进行操作的模块。在基于FPGA的嵌入式系统中,处理器通过通用I/O接口GPIO对LED进行操作,故LED在XBD中要定义一个IOTYPE为GPIO的I0_INTER—FACE模块,表示可以通过这个模块与实际电路板上的I/O进行通信。在GPIO的MPD文件描述中,对于I0_IN—TERFACE进行了如下定义: IO_INTERFACE IO_IF=gpio_O,IO_TYPE=XIL_GPIO_V1 这个I0_INTERFACE表明IP核可以和GPIO进行通信。 与电路板上特定模块通信的IP核选定后,根据实际的电路特点,在XBD文件中指定模块的参数值,这些参数值都要与MPD文件中的参数一一对应。需要指出的是,EDK工具是利用XBD文件中的IO_IS子属性将IP核的端口与电路板上模块连接在一起的。在MPD文件中,GPIO的部分描述摘录如下: MPD文件定义了IOTYPE类型为XIL_GPIO_V1的I/O接口,并且有C_GPIO_WIDTH和C_ALL_INPUTS两个参数。这些参数跟随的I0_INTERFACE是通过IO_IF子属性来指定的。同样,PORT GPIO_IO也是通过IO_IF子属性来表示属于gpio_0接口的。通过MPD文件对GPIO的描述,可以通过将电路板上的4个LED电路模块在XBD文件中定义一个IO_INTERFACE模块来表示。 可以看到,MPD文件中I0TYPE类型为XIL_GPIO_V1的IO_INTERFACE同XBD文件中IOTYPE类型同样为XIL_GPIO_V1的LEDs_4BIT模块是匹配的。因此,子属性IO_IS决定了IP核中的端口同XBD文件中哪个端口连接。最终,利用自己设计的XBD文件中的LEDs_4BIT模块,通过BSB建立一个基于FPGA的嵌入式系统。实际电路板中4个LED在构建的硬件配置文件MHS中的描述如下: 类似于在XBD文件中设计一个与4个LED进行通信的GPIO模块,利用同样的方法,在XBD中能够完成电路板上其他模块的设计,如UART、按键、存储器等。在XBD文件中将电路板上所有的模块信息设计完成之后,为了使EDK软件中的开发向导BSB能够读取到自己设计的XBD文件的信息,要将XBD文件存放到EDK安装目录下的 /boards中。应该注意的是,开发板的目录名称必须同板本身的名称相同,每个开发板目录下应该包括一个/data目录,XBD文件必须以_v2_2_O.xbd的形式命名,并且存放在这个/data目录下,例如…/boards/myboard_revl/data/myboard_rev1_v2_2_0.xbd。这样,在利用BSB创建嵌入式系统过程中,XPS工具就会自动搜索 /boards目录,并将该目录下存在的描述开发板信息的XBD文件在创建向导BSB中显示出来。 4 总 结 板级描述文件XBD在利用BSB快速构建基于FPGA的嵌入式系统中起着非常重要的作用,本文针对新的硬件平台的XBD文件设计进行了介绍。在XBD文件设计时,针对电路板上的各个实际电路模块,通过对照相应描述IP行为的MPD文件进行各个电路模块的设计与实现。 |
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