裸机开发和Liunx开发有哪些不同呢

Zynq架构的特征有哪些？
裸机开发和Liunx开发有哪些不同呢？

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王秀珍

2022-2-28 13:54:15

ZYNQ架构特征

从高层次的角度去看，Zynq架构包含PS和PL两部分以及之间的互连线。如图2.3所示。互联遵循AXI标准，AXI标准是Arm开发的片上通信技术标准。

将PS和PL集成到一起一方面能够为运行嵌入式系统中的基于软件的部分提供专用的优化的资源（我的理解是适合运行于处理器的部分），另一方面能够发挥FPGA的优势（尤其时其并行性和可配置能力）。AXI接口来连接这两个不放呢，AXI是专为SoC应用优化的一个接口标准。

图2.3中并不是按尺寸比例画的，对于不同的Zynq器件，他们有相同的PS架构，但是PL部分的尺寸不同。而对于Zynq和Zynq MPSoC,其PS和PL部分都是不同的。

Zynq PS部分

如图2.3的蓝色部分，是一个应用级的处理器以及相关元件。如下所示：

应用处理单元Application Processor Unit (APU) -这部分包括一个双核 Arm Cortex-A9处理器，以及256KB的片上缓存。
互连线和存储接口 -用来进行PL和PS通信以及与各自的片外存储单元通信
I/O外设 -一系列集成的外设接口，包括一些常用的标准例如 USB,UART，SPI，I2C等

Zynq的PS部分包含两个处理核，这使得设计人员可以在两个核上运行相同操作系统，或者每个核运行一个不同的操作系统。

最近（应该是2019年），一个轻量级的Zynq版本,Zynq-7000S发布，该版本PS只包含一个Cortex-A9的处理器。

Zynq PL部分

Zynq的PL部分是基于Xilinx的FPGA器件的，其PL部分所对应的器件性能决定PL性能，包括Xilinx的Artix-7，Kintex-7以及Virtex-7系列器件。像这些FPGA一样，其PL部分包含DSP48x slices（高速计算资源），Block RAMs,高速收发器件，以及集成的通信模块。

裸机开发和Liunx开发

这里主要指的是ZYNQ中的PS端开发，对于ARM的应用开发主要有两种方式：一种是直接在ARM芯片上进行应用开发，不采用操作系统，也称为裸机编程，这种开发方式主要应用于一些低端的ARM芯片上，其开发过程非常类似单片机。

还有一种是在ARM芯片上运行操作系统，对于硬件的操作需要编写相应的驱动程序，应用开发则是基于操作系统的，这种方式的嵌入式应用开发与单片机开发差异较大。

裸机开发和Liunx开发不同

下面从几个方面总结一下两者的不同：

（1）调试设备不同：

裸机开发：开发板，仿真器（调试器/JTAG），USB线；

Linux开发：开发板，网线，串口线，SD卡；对于Linux开发，通常是没有硬件的调试器的，尤其是在应用开发的过程中，很少使用硬件的调试器，程序的调试主要是通过串口进行调试的；但是需要说明的是，对于ARM芯片也是有硬件仿真器的，但通常用于裸机开发。

（2）程序下载方式不同

裸机开发：仿真器（调试器）下载，或者是串口下载；

Linux开发: 串口下载、tftp网络下载、或者直接读写SD、MMC卡等存储设备，实现程序下载；这个与开发环境的硬件设备是有直接关系的，由于没有硬件仿真器，故Linux开发时通常不采用仿真器下载；这样看似不方便，其实给ARM-Linux的应用开发提供了更多的下载方式。

(3）固件的存储位置不同

裸机开发：通常具备flash存储器，固件程序通常存储在该区域，若固件较大则需要通过外部电路设计外部flash用于存储固件。

Linux开发: 由于其一般没有片内的flash, 并且需要运行操作系统，整个系统映像通常较大，故ARM-Linux开发的操作系统映像和应用通常存储在外部的MMC、SD卡上，或者采用SATA设备等。

（4）启动方式不同

裸机开发：其结构简单, 通常是芯片厂商在程序上电时加入固定的跳转指令，直接跳转到程序入口（通常在flash上）；开发的应用程序通过编译器编译，采用专用下载工具直接下载到相应的地址空间；所以系统上电后直接运行到相应的程序入口，实现系统的启动。

Linux开发：由于采用ARM芯片，执行效率高，功能强大，外设相对丰富，是功能强大的计算机系统，并且需要运行操作系统，所以其启动方式和单片机有较大的差别，但是和家用计算机的启动方式基本相同。其启动一般包括BIOS，bootloader，内核启动，应用启动等阶段；

下面步骤可以参考UG585

(a)启动BIOS: BIOS是设备厂家（芯片或者是电路板厂家）设置的相应启动信息，在设备上电后，其将读取相应硬件设备信息，进行硬件设备的初始化工作，然后跳转到bootloader所在位置（该位置是一个固定的位置，由BIOS设置）。（根据个人理解，BIOS的启动和单片机启动类似，需要采用相应的硬件调试器进行固件的写入，存储在一定的flash 空间，设备上电启动后读取flash空间的指令，从而启动BIOS程序。）

(b)启动bootloader: 该部分已经属于嵌入式Linux软件开发的部分，可以通过代码修改定制相应的bootloader程序，bootloader的下载通常是采用直接读写SD卡等方式。即编写定制相应的bootloader,编译生成bootloader映象文件后，利用工具（专用或通用）下载到SD卡的MBR区域（通常是存储区的第一个扇区）。此时需要在BIOS中设置，或者通过电路板的硬件电路设置，选择bootloader的加载位置；若BIOS中设置从SD卡启动，则BIOS初始化结束后，将跳转到SD卡的位置去执行bootloader,从而实现bootloader的启动。Bootloader主要作用是初始化必要的硬件设备，创建内核需要的一些信息并将这些信息通过相关机制传递给内核，从而将系统的软硬件环境带到一个合适的状态，最终调用操作系统内核，真正起到引导和加载内核的作用。

(c)启动内核：bootloader启动完成初始化等相关工作之后，将调用内核启动程序。这就进入了实际的操作系统相关内容的启动了，包括相应的硬件配置，任务管理，资源管理等内核程序的启动。

(d)启动应用：在操作系统内核启动之后，就可以开始启动需要的应用，去完成真正的业务操作了。
裸机开发和Liunx开发实例
Xilinx官方提供了一个ZYNQ双核AMP官方例程（双核分别跑Linux+裸机实现核间通信）。

应用处理单元Application Processor Unit (APU) -这部分包括一个双核 Arm Cortex-A9处理器，以及256KB的片上缓存。
互连线和存储接口 -用来进行PL和PS通信以及与各自的片外存储单元通信
I/O外设 -一系列集成的外设接口，包括一些常用的标准例如 USB,UART，SPI，I2C等

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