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基于ARM的快速原型化平臺的實現(xiàn)

作者: 時間:2012-06-02 來源:網(wǎng)絡 收藏

可編程器件如CPLD和,可以在系統(tǒng)編程,修改連接只需要修改相應的控制程序即可,非常方便靈活。CPLD成本低,運行速度快,但是集成度比較低。集成度高,可以實現(xiàn)CPLD很難實現(xiàn)的復雜的邏輯功能,例如內(nèi)嵌邏輯分析儀程序,獲取必要的信號,完成系統(tǒng)在線測試。另外一個優(yōu)勢就是可以動態(tài)配置,例如系統(tǒng)上電時配置自檢程序,自檢通過后再配置實際工作的程序。最后,在FPGA里面嵌入CPU軟核,進行SOC的開發(fā)。所以可編程互連模塊選用FPGA來組成。

為了確定可編程互連模塊的插入位置,再來分析圖2嵌入式系統(tǒng)的結構。

最小系統(tǒng)決定了整個系統(tǒng)的處理能力,是整個系統(tǒng)的核心。常用的嵌入式處理器的時鐘周期已經(jīng)高達400MHz,并且會進一步發(fā)展。連接處理器的總線速度和存儲器芯片的速度也超過了100MHz。FPGA引腳到引腳的延時是幾個納秒的數(shù)量級,所以FPGA模塊的插入會降低整個系統(tǒng)的處理速度。故在處理器和存儲器之間不能插入FPGA模塊。外設可以使得嵌入式系統(tǒng)和實際應用環(huán)境進行通信和交互操作。通常外設已經(jīng)高度模塊化并且相互獨立,在外設之間幾乎不會有柔性連接的要求,而且處理器和外設之間的數(shù)據(jù)通信速度比最小系統(tǒng)的運行速度要慢很多。因此,用互連模塊取代最小系統(tǒng)和外設之間的直接物理連接是切實可行的。

按照這種思路,設計出了如圖3所示的平臺。

圖3(平臺)

圖3中,可編程互連模塊是平臺的核心部分。常用的外設部分包括:網(wǎng)卡,USB接口,LVDS接口,RS-232接口,RS-485接口,音頻AC`97接口,PCMCIA/CF卡接口。這些常用外設就是前文提到的可重復利用的模塊。由于嵌入式處理器的總線、通用I/O、專用I/O和各種外設都連接在可編程互連模塊上,因此不同的嵌入式處理器只需要設計最小系統(tǒng)即可,然后將該最小系統(tǒng)接入快速原型化平臺,利用這個平臺提供的外設進行系統(tǒng)調(diào)試。

以上設計的快速原型化平臺,不僅考慮了當前嵌入式硬件系統(tǒng)的發(fā)展特點即嵌入式處理器種類多,外設種類相對較少,接口標準趨于統(tǒng)一,同時又充分體現(xiàn)了可測性、靈活性、模塊化的設計思想。

3 隨機方向信號的可配置互連

常見的信號傳輸方向不管是單向的還是雙向的,都可以預先確定。例如,數(shù)據(jù)總線是雙向的,讀或者寫是完全確定的,可以通過讀寫信號來控制數(shù)據(jù)的傳輸?shù)姆较?。但是有一類特殊的總線,例如I2C,它是多主/從的通信總線。如圖4所示,如果設備1發(fā)起通信,則SCL上的信號傳輸方向是從設備1到設備2,如果是設備2作主設備發(fā)起通信,則SCL的上的信號傳輸方向剛好相反。系統(tǒng)設計中要求總線上可以雙向傳輸信號。FPGA內(nèi)部由一系列的邏輯門組成,如果I2C 信號通過FPGA來連接的話,就不能正常工作。這是因為,雙向傳輸可以等效視為由兩個反并聯(lián)的門來實現(xiàn)(如圖5,用方向控制信號來確定實際的傳輸方向)。但是,I2C信號,沒有明確的方向控制信號,也就無法正確地通過圖5 所示結構的電路。

圖4(I2C總線)

圖5(雙向信號傳輸)

如果直接布線或者跳線來連接I2C信號,就可以保證I2C正常工作,但是,這就和快速原型化平臺可配置互連的靈活性相違背,所以提出以下方案。 I2C信號不經(jīng)過FPGA來配置連接,而是通過基于MOSFET的數(shù)據(jù)開關。目前,市場上常用的點到點任意方向的MOSFET開關并不能直接使用。因為常見的結構是一路到多路或者多路到一路。利用CPLD來控制選通,多路并聯(lián)就可以組成8X8的點到點的隨機方向的可配置連接。如圖6,是一路到八路的數(shù)據(jù)開關的內(nèi)部結構。



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