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系統開發平台實例

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Academic year: 2022

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(1)

嵌入式系統導論, 探矽工作室

1

探矽工作室

學貫行銷股份有限公司

(2)

嵌入式系統導論, 探矽工作室

2

系統開發平台實例

(3)

3

本章學習重點

z

如何選擇開發平台

z

ARM Integrator開發平台

z

ADS、AFS系統開發工具

z

Altera SOPC Builder之使用

z

學習如何利用系統開發平台進行設計

(4)

4

如何選擇開發平台

z

根據使用者的需求考量為出發點

特殊應用專屬平台、以研究處理器架構為主的平台、

強調模組之間通訊整合性的平台、可程式規劃的開發 平台

z

決定系統的細部規格

記憶體容量之考量

FPGA閘數之考量

系統工作頻率之考量

擴充槽I/O接腳數之考量

(5)

5

ARM Integrator介紹

z ARM Integrator

主機板

核心模組

額外的邏輯模組

z Integrator主機板

符合ATX規格的主機板

支援ARM處理器為主的軟體 應用與硬體開發

匯流排仲裁器以及中斷處理器 的功能

可將作業系統存放於flash memory

Integrator/AP之電路佈局 (資料來源: http://www.arm.com/)

(6)

6

ARM Integrator介紹

Integrator/AP之系統架構圖 (資料來源: http://www.arm.com/)

(7)

7

ARM Integrator介紹

z Integrator核心模組

可以當作獨立的系統使用

z CM720T核心模組

ARM720T微處理核心

內藏下列控制電路之FPGA

z SDRAM控制器

z 匯流排橋接器

z 中斷控制器

z 狀態、控制、以及中斷暫 存器

可擴充至256MB之SDRAM

256KB SSRAM

SSRAM控制器

時脈產生器

Multi-ICE除錯界面

Integrator核心模組之系統架構圖 (資料來源: http://www.arm.com/)

(8)

8

ARM Integrator介紹

z Integrator邏輯模組

可由設計者自行運用的 FPGA

提供給符合 AMBA標準的 系統平台配合ARM微處理 器來使用

提供了Multi-ICE以及LA connector介面供硬體除錯 使用

Integrator邏輯模組之系統架構圖 (資料來源: http://www.arm.com/)

(9)

9

ARM Integrator開發環境

z

ADS

ARM Development Suite

內附有一些應用程式、相關文件、以及ARM系統之 開發範例

可建立與除錯使用C、C++或是ARM assembly語言 撰寫之程式

(10)

10

範例13-1 ADS套件內的軟體分類

z 指令列軟體程式

armcc、armcpp、tcc、cpp、armasm、 armlink、armsd z 圖形介面開發工具

AXD Debugger 、ADW Debugger 、 ADU Debugger 、 CodeWarrior IDE

z 小型應用程式

fromELF 、Flash downloader z 其他支援之工具

ARMulator

(11)

11

ARM Integrator開發環境

z

AFS

ARM Firmware Suite

AFS也是用來開發ARM系統工具

uHAL函式庫。

Flash函式庫

方便的開發環境

提供uC/OS-II作業系統供設計者使用。

Angel除錯監控程式

(12)

12

ARM Integrator開發環境

z Multi-ICE

由ARM公司所設計

使用EmbeddedICE邏輯電路 的除錯工具

透過JTAG標準

用ARM Remote Debug Interface(RDI)協定來交換資

可以用來存取、修改硬體內部 之暫存器、記憶體、設定中斷 點、下載、追蹤、與即時除錯 程式碼

Multi-ICE除錯工具

(資料來源:http://www.bluewatersys.com/)

(13)

13

ARM Integrator開發環境

z

ARM Integrator應用開發實例

把HDL程式碼進行電路合成並產生FPGA的硬體映像 檔

接著將映像檔以透過Multi-ICE下載的方式燒錄到邏輯 模組內

將設計好的C語言程式碼拿到Code warrior IDE進行 編譯

用Multi-ICE與AXD對程式進行除錯

(14)

14

邏輯模組硬體部份之編譯

ALTERA FPGA之編譯流程 (資料來源: http://www.arm.com/)

(15)

15

範例13-2 LM-EP20K600E+ FPGA燒錄檔之 編譯與下載(1)

z 步驟一、 電路合成

z 步驟二、 進行佈局與繞線

利用Altera公司出的Quartus軟體 合成FPGA所需之映像檔

(16)

16

編譯與下載(2)

z 步驟三、 下載新的組態檔 到FPGA中

透過progcards.exe程式下載FPGA映像檔

(17)

17

核心模組軟體部份之編譯與CodeWarrior介紹

z CodeWarrior IDE

z 設定編譯選項

處理器種類、位元次序(bit order)、最佳化等級等。

CodeWarrior編譯選項設定畫面

(18)

18

範例13-3 使用Multi-ICE與AXD進行程式除錯 (1)

z 步驟一、 啟動Multi-ICE Server並抓到硬體

用Multi-ICE Server抓取硬體組態

(19)

19

範例13-3 使用Multi-ICE與AXD進行程式除錯 (2)

z 步驟二、在AXD中將除錯 標的設為Multi-ICE

在AXD中,把除錯標的設為Multi-ICE

(20)

20

範例13-3 使用Multi-ICE與AXD進行程式除錯 (3)

z 步驟三、載入欲進行除錯 之映像檔

選擇進行除錯所需之映像檔

(21)

21

範例13-3 使用Multi-ICE與AXD進行程式除錯 (4)

z 步驟四、在原始碼中以採 取單步執行、設中斷點的 方式加速除錯的工作

在AXD中可透過單步執行與設定中斷點 來加快程式的除錯速度

(22)

22

Altera Excalibur SOPC開發平台

z

實現可程式化系統單晶片(system-on-a- programmable-chip,SOPC)的概念

z

支援NIOS處理器以及ARM公司所出的 ARM922T

z

可以連接自行設計的ASIC

z

有許多公司推出與之搭配的作業系

(23)

23

Altera Excalibur SOPC開發平台

z NIOS可程式化CPU

具大量的內部暫存器

精簡指令集編碼

完備之定址模式

高度可擴充性

NIOS 3.0 CPU之架構圖

(24)

24

Altera Excalibur SOPC開發平台

z ARM 922T介紹

採用Harvard架構

具有指令抓取、指令解 碼、指令執行、資料讀 取、資料寫入之五階管 線化設計

具記憶體管理能力

支援ARM debug architecture

ARM922T功能區塊圖

(資料來源: http://www.arm.com.tw/)

(25)

25

Altera Excalibur SOPC開發平台

z

Excalibur開發工具套件

可適用於在工業控制自動化、診斷與偵測設備、汽車 內部裝置、軍事或醫學用途上

SOPC Builder System Development Tool

Quartus II Development Software

GNUPro Toolkit Compiler & Debugger

(26)

26

範例13-4 ARM_Stripe組態說明(1)

z 步驟一、設定ARM Stripe 內的Reset operation、

Byte order、Reverse pins參數

設定ARM Stripe內的參數

(27)

27

範例13-4 ARM_Stripe組態說明(2)

z 步驟二、 設定ARM Stripe內的Bridges、

Interrupts、Trace/Debug、

GPIO參數

設定ARM Stripe內的參數

(28)

28

範例13-4 ARM_Stripe組態說明(3)

z 步驟三、決定內部架構後,

接著可以設定匯流排與 SDRAM之工作時脈、序 列下載參數等選項

設定ARM Stripe內的參數

(29)

29

範例13-4 ARM_Stripe組態說明(4)

z 步驟四、系統記憶體空間 的使用範圍設定

設定ARM Stripe內的參數

(30)

30

範例13-4 ARM_Stripe組態說明(5)

z 步驟五、由SOPC

Builder產生之檔案一覽表 所產生之檔案。

(31)

31

範例13-5 外掛使用者邏輯模組(1)

z 步驟一、加入一個使用者 自訂模組

SOPC Builder內建許多模組 提供客製化系統的功能

(32)

32

範例13-5 外掛使用者邏輯模組(2)

z 步驟二、選取對應的HDL 檔以及介面設定

利用SOPC Builder外掛自訂之邏輯模組

(33)

33

範例13-5 外掛使用者邏輯模組(3)

z 步驟三、設定Symbol之 產出形式

z 步驟四、完成編輯

決定外掛之模組是否要嵌入在所產生的Symbol內

(34)

34

範例13-6 SOPC系統之開發(1)

z 步驟一、選取Symbol

選取由SOPC Builder所產生之Symbol

(35)

35

範例13-6 SOPC系統之開發(2)

z 步驟二、為Symbol加上 所須之pin腳

在Quartus II內為原來的Symbol加上接腳

(36)

36

範例13-6 SOPC系統之開發(3)

z 步驟三、設定細部編譯選 項

設定好FPGA的編譯選項

(37)

37

範例13-6 SOPC系統之開發(4)

z 步驟四、硬體電路合成

合成後之所得到的FPGA佈線圖 (Field View)

(38)

38

範例13-6 SOPC系統之開發(5)

z 步驟五、設定軟體應用程 式之開發環境

設定編譯器以及燒錄用途檔案之畫面

(39)

39

範例13-6 SOPC系統之開發(6)

z 步驟六、使用Quartus II 軟體編譯程式

利用Quartus II軟體來編譯軟體應用程式

(40)

40

範例13-6 SOPC系統之開發(7)

z 步驟七、下載SOPC設計 至開發板內

透過BlasterMV進行FPGA之燒錄

(41)

41

總結

z

如何選擇開發平台

z

ARM Integrator平台

對設計者提供了較大的設計彈性

z

Altera公司的Excalibur套件

幫助設計者快速的加入新的周邊設備

省去瑣碎的匯流排介面電路設計工作

參考文獻

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