基于软微处理器加快网络设备开发的技术

电脑主板是所有电脑配件的总平台，其重要性不言而喻。下面我... [详细]

电脑主板图解——揭秘电脑

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　　基于网络设备的典型开发步骤
　　在评估方法中，考虑对开发周期中各个部分的影响非常有用。网络设备的开发周期依次包含下面步骤：定义硬件结构和OS选择、硬件开发、应用开发、操作系统和驱动程序测试、应用测试和调试、生产模式的开发、系统维护。完成前五个步骤通常要几个月。其中，系统维护特别具有挑战性，特别是如果设备已制造了许多年。在产品开发多年后，器件过时迫使设计人员要进行代码移植或者重写。
　　软微处理器方法
　　迅速下降的FPGA逻辑成本已成为一种现实的可选方法。如今基于微处理器的中等功能FPGA大约是1美元FPGA逻辑。用FPGA只要几分钟就可以定义定制硬件，可以优化处理器结构，并能迅速设置外围器件的数目和类型。与供应商一起提供开发板，设计人员数小时就可以进行定制硬件设置，从而缩短构建样机时间。基于软微处理器的FPGA还有若干个针对移植的OS。针对某些开发板，这些具有预配置的优点，可以将OS调用和驱动程序时间调试缩短到数分钟。针对处理TCP/IP栈和实现网络服务器功能的应用，所选操作系统也许已经含有中间软件。如果这些中间软件不存在，则获取并与目标相符。
　　调试样机之后，设计便可以定型并制定生产方案，于是开发周期进入维护阶段。通常许多年都不需要做什么工作。如果这个产品生产了很长一段时间，关键元件很可能已过时。如果这个设计是用FPGA实现的，就可以简单地把设计移植到更新的FPGA。如果选择了标准部件，移植代码就会遇到困难。
　　采用LatticeMico32的网络设备设计实例
　　为说明前文讨论的概念，下面讨论采用开放源代码LatticeMico32软处理器的网络接口，并且用LatticeECP2 FPGA来实现。设计实现中采用了开放源代码Das U-Boot引导装载程序和uClinux操作系统。
　　1．用预配置设计测试硬件
　　用预配置设计验证硬件和操作系统的工作情况。预配置FPGA设计载入所选开发板上的FPGA配置存储器，然后将Das U-Boot和uClinux操作系统的预配置版本载入板上的存储器。如果一切顺利，就可能引导电路板，同时通过板上的RS232接口监控终端的引导过程。在引导环境中可对网络接口进行配置，然后再引导uClinux操作系统。通过RS232接口或者经以太网通过Telnet登录是可能的。除此之外，由于预配置位流含有网络服务器和网络应用，应该可以通过网络浏览器浏览电路板。开始之前要准备好所有必要的文档、软件和电缆。可以看到uClinux和网络浏览器的工作30分钟。

     
　　图1 ：在LatticeMico32上运行的Telnet Login和网络服务器。
　　2．重建预配置处理器
　　重建用来产生预配置位流的处理器设计，需要下载和安装免费的LatticeMico32系统和ispLEVER Starter软件。用于实现预配置设计的项目文档载入LatticeMico32，重建设计。这个文件送入ispLEVER软件，以便进行综合、布局和布线。FPGA可以载入FPGA引导存储器并重新启动。如果所有都正确，设计应该如前运作。现在设计者可以修改硬件，然而在做此之前，要谨慎地重建软件环境。

　　图2 ：重建LatticeMico32。
　　3．重建Das U-Boot引导载入程序和uClinux OS
　　使用提供的Make文件和源树，可以对U-Boot装载和uClinux OS再次编译。预编译工具允许用Cygwin 或者 Linux视窗来做。一旦建立之后，这些可以载入开发板并进行测试。现在能够重建网络服务器的预配置实现，并运行于uClinux操作系统，通过在LatticeECP2 FPGA中运行软微处理器来执行。设计者可以专注于定义和实现功能，并运行于uClinux操作系统。如果预装入了所有正确的软件，在数小时即可达到目标。
　　4．开放式源代码微处理器简化了维护
　　最后一个环节是系统维护。这里提供了描述LatticeMico32的HDL，开放源代码可简化迁移到可选的FPGA，或者是ASIC。本质上，处理器设计可以应用新技术而无需移植或改变代码。
　　本文小结
　　本文阐述了软微处理器与功能强大的操作系统是如何结合的，例如开放源代码uClinux可以大大减少样机的开发时间。软微处理器还可以简化设计维护，给予设计者改变硬件的选择而不需要修改设计。对于需要网络接口的下一个设计，这个方法值得研究。