FPGA上的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例

內(nèi)容概要

本書講解了嵌入式系統(tǒng)的基本知識(shí)：定義、特點(diǎn)與組成；GNU工具鏈；嵌入式操作系統(tǒng)；FPGA原理和MicroBlaze處理器。以基于MicroBlaze的6個(gè)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)和3個(gè)不同領(lǐng)域的工程項(xiàng)目貫穿全書，對(duì)FPGA上的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行了較全面的講解。本書的前3章介紹基本概念；第4章是XILINX FPGA上基于MicroBlaze處理器軟核的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)；第5章為基于MicroBlaze軟核的硬件系統(tǒng)構(gòu)建的uClinux操作系統(tǒng)平臺(tái)；第6～8章是工程案例分析。    嵌入式系統(tǒng)是一門實(shí)踐性極強(qiáng)的課程，筆者認(rèn)為嵌入式系統(tǒng)功能容易實(shí)現(xiàn)，而提高性能則較為困難；設(shè)計(jì)過程容易掌握，而調(diào)試能力非常難于建立。故而在此書的寫作過程中，弱化基本概念，而強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)和項(xiàng)目實(shí)踐。    本書可用作大專院校的實(shí)驗(yàn)教材，也可用作嵌入式系統(tǒng)培訓(xùn)教材。

書籍目錄

第1章  嵌入式系統(tǒng)概述  1.1  嵌入式系統(tǒng)的定義  1.2  嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展  1.3  嵌入式系統(tǒng)的組成  1.4  嵌入式系統(tǒng)的特征第2章  GNU工具鏈  2.1  GNU的由來與發(fā)展  2.2  編譯器    2.2.1  GCC簡介    2.2.2  GCC的特點(diǎn)    2.2.3  GCC的執(zhí)行過程    2.2.4  GCC的基本用法與選項(xiàng)    2.2.5  Gdb調(diào)試器  2.3  自動(dòng)編譯    2.3.1  Make工程管理器    2.3.2  Makefile的結(jié)構(gòu)    2.3.3  Makefile變量    2.3.4  Makefile規(guī)則    2.3.5  使用autotools  2.4  版本控制    2.4.1  版本管理模型    2.4.2  常用術(shù)語介紹    2.4.3  CVS的使用    2.4.4  Subversion第3章  FPGA上的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)  3.1  FPGA原理與發(fā)展    3.1.1  PLD原理    3.1.2  FPGA原理  3.2  MicroBlaze處理器    3.2.1  MicroBlaze性能介紹    3.2.2  MicroBlaze的結(jié)構(gòu)    3.2.3  MicroBlaze的數(shù)據(jù)和指令    3.2.4  MicroBlaze的寄存器結(jié)構(gòu)    3.2.5  MicroBlaze的流水結(jié)構(gòu)    3.2.6  MicroBlaze的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)    3.2.7  MicroBlaze的中斷機(jī)制    3.2.8  MicroBlaze的FPU(Floating Point Unit)    3.2.9  MicroBlaze指令和數(shù)據(jù)Cache  3.3  MicroBlaze的總線接口    3.3.1  OPB    3.3.2  LMB    3.3.3  XCL    3.3.4  FSL    3.3.5  調(diào)試接口和追蹤接口  3.4  XILINX嵌入式系統(tǒng)開發(fā)流程    3.4.1  XILINX嵌入式系統(tǒng)開發(fā)工具介紹    3.4.2  EDK套件組件介紹    3.4.3  XILINX嵌入式系統(tǒng)開發(fā)流程第4章  基于MicroB0azo的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)  4.1  簡單的硬件設(shè)計(jì)    4.1.1  使用Base System Builder創(chuàng)建工程    4.1.2  分析已創(chuàng)建工程    4.1.3  生成處理器和硬件網(wǎng)表    4.1.4  生成Bitstream下載測(cè)試程序  4.2  在硬件設(shè)計(jì)中添加IP    4.2.1  在處理器系統(tǒng)中增加IP    4.2.2  擴(kuò)展硬件系統(tǒng)    4.2.3  分析MHS文件    4.2.4  驗(yàn)證硬件設(shè)計(jì)  4.3  在嵌入式系統(tǒng)中添加自定義IP    4.3.1  打開工程    4.3.2  用向?qū)Ы⒁粋€(gè)用戶自定義OPB外設(shè)    4.3.3  將自定義外設(shè)添加到系統(tǒng)中    4.3.4  硬件上的驗(yàn)證  4.4  編寫基本的應(yīng)用軟件    4.4.1  項(xiàng)目更新    4.4.2  創(chuàng)建一個(gè)BSP    4.4.3  修改C程序    4.4.4  連接圖  4.5  添加定時(shí)器    4.5.1  打開工程    4.5.2  添加中斷控制器和OPB定時(shí)器    4.5.3  配置BSP    4.5.4  運(yùn)行SDK    4.5.5  創(chuàng)建一個(gè)C工程    4.5.6  管理編譯配置    4.5.7  添加源程序    4.5.8  寫中斷程序并編譯代碼    4.5.9  硬件測(cè)試    4.5.10  通過SDK調(diào)試  4.6  軟、硬件系統(tǒng)協(xié)同調(diào)試    4.6.1  打開工程    4.6.2  ChipScope核的實(shí)例化    4.6.3  SDK和ChipScope的操作    4.6.4  軟、硬件協(xié)同調(diào)試第5章  嵌入式操作系統(tǒng)  5.1  嵌入式操作系統(tǒng)簡介    5.1.1  常見嵌入式操作系統(tǒng)    5.1.2  系統(tǒng)選用原則  5.2  嵌入式操作系統(tǒng)基礎(chǔ)    5.2.1  BSP    5.2.2  驅(qū)動(dòng)程序    5.2.3  POSIX  5.3  嵌入式操作系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)    5.3.1  基于操作系統(tǒng)的MicroBlaze系統(tǒng)配置    5.3.2  uClinux交叉編譯環(huán)境的搭建    5.3.3  EDK文件的導(dǎo)入及uClinux的基本配置    5.3.4  uClinux高級(jí)配置    5.3.5  添加uClinux驅(qū)動(dòng)程序    5.3.6  添加uClinux應(yīng)用程序  5.4  常見問題及解決方法第6章  人臉檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)  6.1  案例簡介  6.2  基于PowerPC的硬件平臺(tái)搭建  6.3  人臉檢測(cè)系統(tǒng)的軟件移植  6.4  總結(jié)第7章  嵌入式Mini VOS服務(wù)器  7.1  案例簡介  7.2  搭建MicroBlaze硬件平臺(tái)  7.3  在EDK中配置項(xiàng)目軟件環(huán)境  7.4  uClinux交叉編譯環(huán)境的搭建    7.4.1  建立共享文件夾    7.4.2  建立交叉編譯環(huán)境  7.5  EDK硬件配置文件的導(dǎo)入及uClinux基本配置  7.6  LED驅(qū)動(dòng)及VOS應(yīng)用系統(tǒng)的加載  7.7  源碼第8章  快速點(diǎn)餐系統(tǒng)設(shè)計(jì)  8.1  案例簡介  8.2  搭建MicroBlaze硬件平臺(tái)  8.3  在EDK中配置項(xiàng)目軟件環(huán)境  8.4  uClinux交叉編譯環(huán)境的搭建    8.4.1  建立共享文件夾    8.4.2  建立交叉編譯環(huán)境  8.5  uClinux基本配置  8.6  添加網(wǎng)頁素材  8.7  應(yīng)用程序的驗(yàn)證

章節(jié)摘錄

　　第1章　嵌入式系統(tǒng)概述　　1.1　嵌入式系統(tǒng)的定義　　到目前為止，嵌入式系統(tǒng)并沒有非常嚴(yán)格的定義，業(yè)內(nèi)比較認(rèn)同的嵌入式系統(tǒng)概念是：嵌入式系統(tǒng)是以應(yīng)用為中心，以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，并且軟、硬件可裁剪，適用于應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)功能、可靠性、成本、體積、功耗有嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。這一概念完全是從應(yīng)用角度出發(fā)來定義的。　　對(duì)嵌入式系統(tǒng)較全面的理解應(yīng)當(dāng)從以下三方面來認(rèn)識(shí)：　?。?）硬件應(yīng)由嵌入式處理器作為基礎(chǔ)平臺(tái)?！　。?）軟件應(yīng)以嵌入式軟件為運(yùn)行平臺(tái)?！　。?）形式應(yīng)是嵌入在設(shè)備中，各種設(shè)備有不同的外形及相應(yīng)的附屬配件，嵌入式系統(tǒng)只不過是其中的一個(gè)核心處理部件而已?！　?.2　嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展　　嵌入式系統(tǒng)至今已有30多年的歷史，經(jīng)歷了四個(gè)比較明顯的階段?！　〉谝浑A段是無操作系統(tǒng)的微控制階段，是以單片機(jī)為核心的控制系統(tǒng)階段，這種系統(tǒng)大部分應(yīng)用于一些專業(yè)性極強(qiáng)的工業(yè)控制系統(tǒng)中，沒有操作系統(tǒng)的支持，通過匯編語言來編程。這一階段系統(tǒng)的主要特點(diǎn)是：系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能都相對(duì)單一，處理效率較低，存儲(chǔ)容量小，幾乎沒有用戶接口?！　〉诙A段是以嵌入式CPU為基礎(chǔ)、以簡單操作系統(tǒng)為核心的嵌入式系統(tǒng)階段。這一階段系統(tǒng)的主要特點(diǎn)是：CPU種類繁多，通用性比較差；系統(tǒng)開銷小，效率高；一般配備系統(tǒng)仿真器，操作系統(tǒng)具有一定的兼容性和擴(kuò)展性；應(yīng)用軟件較專業(yè)，用戶界面不夠友好?！　〉谌A段是通用的嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)階段，是以嵌入式操作系統(tǒng)為核心的嵌入式系統(tǒng)階段。這一階段系統(tǒng)的主要特點(diǎn)是：嵌入式操作系統(tǒng)能運(yùn)行于各種不同類型的微處理器上，兼容性好；操作系統(tǒng)內(nèi)核精小、效率高，并且具有高度的模塊化和擴(kuò)展性；具備文件和目錄管理、設(shè)備支持、多任務(wù)、網(wǎng)絡(luò)支持、圖形窗口以及用戶界面等功能；具有大量的應(yīng)用程序接口（API），開發(fā)應(yīng)用程序簡單；嵌入式應(yīng)用軟件豐富。　　……

編輯推薦

　　在本書的寫作過程中，弱化基本概念，強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)和項(xiàng)目設(shè)計(jì)，并且突出版本管理的作用。前3章是基本概念的介紹；第4章是XILINX FPGA上基于MicroBlaze軟核的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)；第5章為基于MicroBlaze軟核的硬件系統(tǒng)構(gòu)建的uClinux操作系統(tǒng)平臺(tái)；第6～8章是項(xiàng)目設(shè)計(jì)案例分析，第6章是XILINX XUP Virtex-ⅡPRO開發(fā)板上基于PowerPC硬核的嵌入式人臉檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，第7章是XILINX Spartan-3E Starter Kit上基于MicroBlaze軟核的Mini VOS服務(wù)器的設(shè)計(jì)，第8章是XILINX XUP Virtex-ⅡPRO開發(fā)板上基于MicroBlaze軟核的快速點(diǎn)餐系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

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