基于FPGA的嵌入式Linux軟硬件設(shè)計

　　在進行電路設(shè)計時，是以FPGA為核心，向外擴展各種設(shè)備，因此特別注意了FPGA各個引腳的連接。由于DDR和PHY芯片都需要提供+2.5V電壓，因此和DDR、PHY芯片連接引腳所在的BANK需要提供+2.5V電壓參考，并且不能接以LVTTL或LVCMOS為電壓參考的引腳。重要快速的時鐘信號必須接到全局時鐘引腳上。由于FPGA需要通過外部FLASH啟動操作系統(tǒng)，需要并行配置，以減少加載時間，配置電路如圖2所示。在DDR布線時，數(shù)據(jù)和地址線需要走等長線，數(shù)據(jù)線之間不能相差10Mil,地址線要控制在20Mil以內(nèi)，時鐘也需要走差分等長線，長度應大于地址線，DDR各個信號還需要47Ω的并行端接，改善信號質(zhì)量。千兆 PHY 輸出MDI信號也需要在頂層做差分等長，不然在進行1000M數(shù)據(jù)傳輸時很可能不穩(wěn)定。DDR和PHY需要完整的電源回路做參考，電源層劃分時也要特別注意，其他電路做常規(guī)處理就可以了。

　　EDK和ISE軟件設(shè)計

　　首先需要調(diào)用Xilinx提供的 EDK軟件，對各個模塊加入必要的IPCORE，以便操作系統(tǒng)能正常調(diào)用這些器件的驅(qū)動操作他們。本設(shè)計采用的是EDK10.1.2版本，PPC方面選用ppc405內(nèi)核，頻率設(shè)定在300MHz，同時需要添加中斷輸入引腳，以便響應以太網(wǎng)、串口等外部中斷，其他使用默認設(shè)置。DDR控制器采用EDK提供的Multi-Port-Memory Controller模塊，需要設(shè)置DDR芯片廠商、大小和數(shù)據(jù)位數(shù)等，特別指出的是，要設(shè)置獨立的兩條PLB總線和PPC連接，作為PPC的指令和數(shù)據(jù)總線。MAC單元需要加入XPS_LL_TEMAC模塊來控制，本設(shè)計需要設(shè)置PHY 類型為GMII(千兆以太網(wǎng))，同時要指定物理地址和收發(fā)FIFO大小。FLASH單元需要加入xps_mch_emc模塊，同時設(shè)置FLASH類型和讀寫時間。為了方便調(diào)試，還需要加入串口控制臺模塊，本設(shè)計使用的是UartLite模塊，設(shè)置需要的波特率和校驗類型。特別注意的是，系統(tǒng)還需要時鐘管理模塊(DCM)，提供各個模塊需要的不同時鐘，還要設(shè)置一段FPGA內(nèi)部RAM區(qū)域，放置PPC的.boot文件。外部這些模塊都通過PLB總線和PPC通信，需要統(tǒng)一編址，一般把DDR 內(nèi)存空間地址分配到0x0開始，整個系統(tǒng)的構(gòu)建如圖3所示。

　　本設(shè)計，除了在 EDK中搭建了操作系統(tǒng)必須的各種模塊后，還需要在ISE中編寫各個時序電路程序，因此把 EDK中編寫好的工程作為一個模塊，加入到ISE中，然后統(tǒng)一編譯，這樣生成了我們需要的完整功能的程序。特別指出的是，PPC405數(shù)據(jù)地址采用的是大端模式，接入到ISE中時，需要把數(shù)據(jù)顛倒位置，如DATA[0：31]變?yōu)镈ATA[31:0]，才能正常讀寫。