可配置嵌入式系统设计

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随着嵌入式的应用领域不断扩展,对嵌入式系统的要求越来越高。有的领域需要具有强大的浮点运算能力,有的领域有低功耗的要求,还有的领域需要提供多种硬件接口或多种联网方式。为了能够在不改变核心硬件的情况下支持不同的需求,我们采用了现场可编程门阵列(Field-ProgrammableGateArray,FPGA)加嵌入式Linux系统的方式,通过更新现场可编程门阵列(FPGA)中的软核和系统软件,在不改变核心硬件的情况下实现了可变化的嵌入式系统。  本文研究了可配置嵌入式系统架构、可配置软核可编程片上系统(System-on-a-Programmable-Chip,SOPC)设计、可配置硬件电路模块设计与验证、系统软件的改造与开发等方面。主要完成的工作如下:  详细研究了如何利用OpenRISC1200和WISHBONE片上总线构建可配置可编程片上系统(SOPC)嵌入式处理器,动态支持各种常用硬件设备和接口。  硬件电路采用模块化的思想,设计了核心电路模块和多种扩展电路模块。通过使用Cadence工具来完成硬件设计中的电路原理图设计、印制板图制作和进行仿真分析。同时给出了如何利用联合测试行为组织(JointTestActionGroup,JTAG)提出的测试协议进行了硬件连接测试方法。在软件方面研究了可配置可编程片上系统(SOPC)的操作系统启动加载程序(BootLoader)设计和可配置嵌入式Linux内核的设计内容。  运用本文的研究成果可以实现一个可配置的嵌入式系统,并且该系统能够很好的满足移动计算、可穿戴计算机、感知网等领域的科研需要。
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