為嵌入式處理設計選擇具有先進處理功能的開發(fā)工具

如果問使用嵌入式開發(fā)工具的用戶，他們需要什么功能來滿足其下一代終極處理設計的需要，他們必然會回答：“性能和先進的處理功能?！?為了滿足嵌入式環(huán)境的要求，工程師必須設法從現(xiàn)有大多數(shù)成本經(jīng)濟的器件中一點點地挖掘出性能，并且，他們在設計和調試兩個方面都需要方便使用的工具，因此，選擇一個性能強大具有先進的處理功能的開發(fā)工具對工程師的設計工作至關重要。

Xilinx Platform Studio（XPS）是一款普遍使用的嵌入式開發(fā)套件（EDK），其升級版XPS 8.2版本新增加了獨特的功能和性能，可進一步提高嵌入式系統(tǒng)設計的效率，通過這一新版本，工程師可以獲得針對目前業(yè)界速度非常快的FPGA產(chǎn)品，如Virtex-5 LX器件的嵌入式處理支持。下面將介紹XPS 8.2版本的一些新功能和增強的性能。

XPS 8.2增加了新型的高度最優(yōu)化的MicroBlaze軟處理核，支持一體化的PowerPC浮點單元（FPU），并且增加了對Virtex-5 LX最新器件的支持。與其純粹利用單個處理器的時鐘頻率來衡量性能提升的程度，嵌入式設計工程師不如利用集成了更快速的硬處理核、靈活的軟處理核及附加的協(xié)處理引擎所有優(yōu)勢的XPS套件，不論它們是FPU、其他IP或用于卸載和分配工作負載的附加的處理核。此外，新型的XPS增加了大量的增強功能、調試可視性，并在使用方便性上進行了改進。

1 新型器件和處理支持

Virtex-5 LX器件是在65nm的三柵極氧化層架構上集成了高級系統(tǒng)功能，從而能夠完全支持嵌入式處理。與上一代 FPGA相比，Virtex-5技術把半導體器件的性能提高了30%，與此同時，功耗降低了30%以上。靈活的處理IP外設容許工程師精確地構建需要的定制解決方案，而不必增加額外的器件成本或在昂貴但不需要的器件選擇上造成浪費。

為了在高性能Virtex-5 LX器件中最有效地利用嵌入式設計，賽靈思優(yōu)化了MicroBlaze用于65nm工藝的軟處理核，并且增加了一些特殊的增強功能，以實現(xiàn)每條指令較少的周期（CPI）。賽靈思的MicroBlaze 5.0處理器配備5級管線及可選的4或8字高速緩沖存儲器以提升性能。新型的MicroBlaze嵌入式處理器與為初期的實例編寫的代碼后向兼容，所以，工程師不會因處理器的退化而遇到麻煩。那些采用Spartan系列FPGA進行嵌入式設計的工程師們可以繼續(xù)沿用現(xiàn)有的MicroBlaze 4.0核，這個核已經(jīng)針對高性能應用進行了優(yōu)化，而且同時擁有最小的占位面積。

實際上，在基系統(tǒng)生成器（Base System Builder）設計向導內，Platform Studio工具套件自動地針對合適的FPGA器件把優(yōu)化的MicroBlaze核進行例示。除非工程師想手工完成這個過程，否則，要讓設計向導為你優(yōu)化核配置以加速設計。工程師不需要僅僅為了利用一個更快的Virtex-5器件和較高性能的MicroBlaze處理器，就為預存的設計或代碼“設置端口”。

2 性能和調試可視性

此外，使總體嵌入式系統(tǒng)性能最大化的一個方法是利用協(xié)處理的概念。利用那些包含浸入PowerPC 405處理器核的Virtex-4器件，Platform Studio 8.2版本引入了對實現(xiàn)FPU的支持。通過在并行FPGA架構中例示FPU性能，就可以實現(xiàn)重大的性能改進。

隨著嵌入式系統(tǒng)變得更為復雜，調試工具需要提供更高級別的可視性。因為硬件和軟件組成部分之間的傳統(tǒng)分區(qū)是模糊的，工程師再也不能僅僅依賴于硬件工具來調試硬件及用軟件工具來調試代碼，要利用在器件、處理、協(xié)處理和軟件指令的硬件實現(xiàn)上的進展。

作為引入“平臺調試”的第一步，賽靈思已經(jīng)集成了硬件和軟件調試器，以提供系統(tǒng)級的觀察并減少硬件和軟件工程師之間的矛盾。一體化的ChipScope Pro硬件調試器交叉觸發(fā)GNU軟件調試器，反之亦然，工程師現(xiàn)在可以從兩個方向反復查找系統(tǒng)上的故障。如果在某一個硬件地址上或在某一個硬件事件之后發(fā)現(xiàn)一個問題，那么只需簡單地交叉觸發(fā)軟件調試器就能夠看到軟件正在做什么；如果系統(tǒng)在進入一些軟件功能“foo”之后死機，那么，交叉觸發(fā)硬件調試器就可以看到硬件正在干什么。

在平臺調試演變過程中，第二步就是利用安捷倫和賽靈思公司聯(lián)盟的成果。安捷倫公司提供一種E9524A MicroBlaze追蹤工具集，它通過安捷倫的Windows Xp based邏輯分析儀能夠完全分解蹤跡，是一種利用數(shù)據(jù)流跟蹤和重構MicroBlaze程序執(zhí)行歷史的易于使用的解決方案（見圖1）。

Xilinx EDK 8.2版提供的MicroBlaze跟蹤核（MTC）在設計內部進行例示，為安捷倫的蹤跡工具集提供可視性?？梢圆东@實時代碼流，這些代碼流與來自周圍系統(tǒng)的測量值有關。通過打開高速緩沖存儲器，強大的觸發(fā)和深度存儲器跟蹤都不受影響，因為探測出現(xiàn)在MicroBlaze管線的執(zhí)行狀態(tài)。該系統(tǒng)使硬件和軟件工程師能夠配合工作以盡快地發(fā)現(xiàn)和定位系統(tǒng)中存在的設計缺陷。

3 生產(chǎn)率和使用方便性的改進

除了強大的新的跟蹤調試性能之外，XPS 8.2版本還包含許多增強功能和使用方便性的改進。這些改進和提高進一步實現(xiàn)了新型IP核、RTOS支持和安裝以及全新的功能和其他生產(chǎn)率的提升。

在XPS工具套件內部器件之間的更好集成、鏈接器腳本及數(shù)據(jù)表生成都可以改進整體生產(chǎn)率。8.2版本改進了IP核的可視性狀況，從而有助于版本的控制；還加速了調用內部工具和加載大型設計的性能。

新的配置向導（見圖2）有助于設置調試時間段，并使它們在后續(xù)的時間段更快并更方便地再現(xiàn)。該版本包括對PowerPC高速緩沖存儲器突發(fā)模式、硬三模以太網(wǎng)MAC、分散/聚集DMA、及無數(shù)新的存儲控制器接口的支持。此外，8.2版本是第一個支持美國風河系統(tǒng)公司（Wind River Systems）的VxWorks 6.3及MontaVista公司的嵌入式Linux 2.6的Platform Studio 版本。

4 結論

8.2版本擴展了Platform Studio工具套件的基礎，增加了用于處理和器件支持的新選項。對FPU的支持增強了業(yè)已快速的PowerPC處理解決方案。除了加速生產(chǎn)率的通用XPS增強功能和改進之外，8.2版本讓平臺調試進入了一個新階段。賽靈思的MicroBlaze跟蹤核與安捷倫的跟蹤工具集的聯(lián)合使用，為復雜的嵌入式系統(tǒng)工作帶來了新的獨具一格的可視性。