嵌 入式系統(tǒng)一般由嵌入式微處理器、外圍硬件設備、嵌入式操作系統(tǒng)以及用戶應用程序四部分組成，其發(fā)展主要體現(xiàn)在芯片技術的進步上，以及在芯片技術限制下的算 法與軟件的進步上。隨著芯片制造技術的發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)的結構也隨之發(fā)生了重大變革，從基于微處理器的嵌入式系統(tǒng)到基于微控制器的嵌入式系統(tǒng)，繼而將可編 程邏輯PLD（Programmable Logic Device）技術引入到嵌入式系統(tǒng)設計中，進而又發(fā)展到SoC（System on Chip），終將PLD與嵌入式處理器結合而成為SoPC（System on

嵌 入式系統(tǒng)一般由嵌入式微處理器、外圍硬件設備、嵌入式操作系統(tǒng)以及用戶應用程序四部分組成，其發(fā)展主要體現(xiàn)在芯片技術的進步上，以及在芯片技術限制下的算 法與軟件的進步上。隨著芯片制造技術的發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)的結構也隨之發(fā)生了重大變革，從基于微處理器的嵌入式系統(tǒng)到基于微控制器的嵌入式系統(tǒng)，繼而將可編 程邏輯PLD（Programmable Logic Device）技術引入到嵌入式系統(tǒng)設計中，進而又發(fā)展到SoC（System on Chip），終將PLD與嵌入式處理器結合而成為SoPC（System onProgrammable Chip），使得SoPC成為嵌入式系統(tǒng)設計的一個發(fā)展趨勢。

本文采用SoPC內嵌32位的軟核處理器Nios，實現(xiàn)了一個UART串行口和以太網(wǎng)接口的轉換器（以下簡稱轉換器），并基于Microtronix公司針對Nios處理器移植的μClinux開發(fā)了應用程序．

1 基于SoPC的嵌入式硬件平臺構建

不同于基于處理器或控制器及SoC的嵌入式系統(tǒng)，基于SoPC的嵌入式系統(tǒng)具有可配置的特點，不會包括任何專用外設，而是可根據(jù)需要靈活地在一片FPGA中構造外設接口。

基 于SoPC的嵌入式系統(tǒng)主要由1片芯片SoPC和片外器件，以及一些相關的接口設備組成。本文所要實現(xiàn)的轉換器采用Altera公司的Cyclone 芯片及外圍電路組成，其中外圍電路包括2片512 KB的SRAM、l片8MB的Flash、UART電子轉換器和1片以太網(wǎng)控制器LAN91C111。

SoPC 芯片內嵌軟核處理器Nios。在SoPC芯片中，除了CPU外，可配片上ROM、內部定時器、UART串行口、SRAM、Flash接口等系統(tǒng)部件。這些 部件均以可編程邏輯部件的形式實現(xiàn)，芯片內部部件結構圖如圖3所示。CPU和所有部件通過Avalon總線連接在一起。

SoPC 芯片內系統(tǒng)模塊和Avalon總線模塊均由SoPCBuilder工具自動生成，利用Qualtus II集成開發(fā)環(huán)境可實現(xiàn)芯片內的邏輯設計及其引腳定義。經編譯生成后綴為.sof的硬件映像文件，通過ByteBlasterII線纜到目標板的 Cyclone芯片中，或將.sof文件轉換成.flash文件，到目標板的Flash中。這樣就完成了轉換器的硬件設計。

2 基于μClinux的SoPC應用程序開發(fā)

應 用程序的開發(fā)可在硬件平臺上直接進行，但需了解所有硬件部件的細節(jié)，并編寫相應的驅動子程序，其軟件設計難度及工作量大，且可移植性差。基于嵌入式操作系 統(tǒng)的應用程序，其所有的硬件細節(jié)均對用戶屏蔽。對硬件進行直接控制的底層驅動程序均封裝在操作系統(tǒng)內，通過設備驅動程序接口來完成，用戶只需在高層通過操 作系統(tǒng)所提供的系統(tǒng)調用進行編程。μClinux是針對控制領域的嵌入式Linux操作系統(tǒng)，適合如Nios處理器等不具備內存管理單元（MMU）的微處 理器／微控制器。基于操作系統(tǒng)進行開發(fā)，需將操作系統(tǒng)加載到硬件平臺中，μClinux可以以部件的形式集成到SoPC系統(tǒng)中。

2.1 加載μClinux系統(tǒng)的步驟

將 μClinux加載到SoPC目標板上時需提供一個交叉編譯環(huán)境，硬件要求具有一個串口的PC工作站、基于Nios處理器的SoPC目標板和 ByteBlasterMV線纜等。軟件需求WindowsNTv4.0、Windows2000或WindowsXP、Altera Nios開發(fā)包NDK 3.0中所提供的Nios GNUPro工具、Ahera Nios開發(fā)包所提供的cygwin安裝，以及Quartus II可編程邏輯開發(fā)工具V2.2等。

2.1.1 創(chuàng)建和裝載內核映像

創(chuàng)建和裝載μClinux映像文件在Linux DeveloperBash環(huán)境下進行，首先需按下列步驟配置和構建內核。

［Linux Developer］…μClinux／：cd linux

［Linux Developer］…linux／：make xconfig

［Linux Developer］…linux／：make clean

［Linux Developer］…1inux／：make dep

［Linux Developer］…linux／：make

［Linux Developer］…μClinux／：make linux.flash