可編程器件固件開(kāi)發(fā)的現代化方法

　　如果您是硬件設計人員，您一定覺(jué)得可編程器件很好用且功能強大?？扇绻擒浖_(kāi)發(fā)人員，這些可編程器件一定會(huì )讓您很頭疼，因為您還得為這些器件編寫(xiě)固件，滿(mǎn)足不斷變化的目標需求。器件廠(chǎng)商通常在他們工具中集成軟件開(kāi)發(fā)特性，創(chuàng )建一個(gè)整體環(huán)境來(lái)支持軟硬件兩方面需求，從而解決這一問(wèn)題。

　　這種解決方案的難點(diǎn)在于，它將使軟件工程師不得不采用硬件設計人員使用的工具，而考慮到通常項目中軟硬件設計人員比例嚴重失調，這種做法往往不夠理想。有時(shí)采用一種工具沒(méi)問(wèn)題，但有經(jīng)驗且有成熟開(kāi)發(fā)流程的分散的工程師團隊來(lái)說(shuō)不太適宜。工程師需要工具對思維進(jìn)行逆向工程，并將硬件設計集成在現有第三方軟件開(kāi)發(fā)流程中，比方說(shuō)賽普拉斯的 PSoC Creator 配合 ARM 的 μVision IDE。這種完美組合能滿(mǎn)足兩方面的需求，既能讓硬件工程師集中精力進(jìn)行芯片創(chuàng )新，又不會(huì )造成軟件開(kāi)發(fā)方面的瓶頸。

　　正如當今可編程器件的可編程能力和 CPU 性能大相徑庭一樣，可編程器件的設計團隊的規模和成員也各有不同。雖然仍有不少成功的應用是由一個(gè)兼具軟硬件專(zhuān)業(yè)技術(shù)的工程師實(shí)現的，但是在越來(lái)越多的情況下，產(chǎn)品設計是由角色分工相當明確的小團隊完成的，也就是說(shuō)硬件專(zhuān)家負責器件配置，只需編寫(xiě)一點(diǎn)軟件來(lái)驗證系統能夠根據預期工作，而剩下的則由軟件團隊來(lái)開(kāi)發(fā)應用代碼。這種分散的團隊里的各個(gè)成員可能并不在同一幢大樓里工作，甚至根本不在同一個(gè)國家。

　　您的工具，您的成功之路

　　所有用戶(hù)均可從軟件開(kāi)發(fā)的集成工具中大獲裨益。一人獨自工作，通常沒(méi)有時(shí)間去學(xué)習新工具的使用。小規模軟件團隊都有自己慣用的產(chǎn)品，并不希望新的軟件環(huán)境強加在他們身上。多站點(diǎn)工作團隊在基礎架構方面已經(jīng)進(jìn)行了大量投資，不能為了每個(gè)基于當前芯片的項目都開(kāi)辟新的環(huán)境。簡(jiǎn)而言之，雖然在硬件配置工具中集成軟件開(kāi)發(fā)功能是一項不錯的特性，但是為商業(yè)和其它流行軟件 IDE 提供功能豐富和可靠的支持則顯得至關(guān)重要。

　　在詳細介紹如何將軟件 IDE集成到硬件環(huán)境中之前，我們應了解一下 PSoC 及其設計環(huán)境。PSoC 是一款完全可編程的嵌入式片上系統，其在單個(gè)芯片上集成了可配置的模擬和數字外設功能、存儲器以及微控制器等。雖然技術(shù)有很大不同，模擬內容大幅增加，但設計流程仍類(lèi)似于目前您所能看見(jiàn)的 FPGA 器件，特別是集成了硬件微控制器內核的器件。

　　PSoC Creator 工具可提供非常靈活的可視化嵌入式設計方法，其中包括預配置、自定義外設和分層原理圖輸入等。當在這款工具中構建設計時(shí)，許多軟件文件已經(jīng)創(chuàng )建完成了，最明顯的就是每個(gè)元件所用的 API 文件都已經(jīng)生成并放置在項目之中了。通過(guò) Counter_Start() 和 ADC_SetValue() 等容易記住的名字，這些 API 構成了一種簡(jiǎn)單一致、易于使用的控制硬件外設的方法，而且無(wú)需了解全部實(shí)施細節。所有用于可編程器件的良好工具都應生成軟件接口，因為“通過(guò)構建”是確保有效無(wú)誤代碼的唯一方法。除了 API 之外，還有包含配置可編程陣列代碼的引導文件。應用總是使用這些文件，但通常不做修改，這些文件也是 IDE 導出特性的重要組成部分。

　　除了以硬件為中心的功能之外，PSoC Creator 還包括開(kāi)發(fā)人員所期待的常用的軟件特性：源代碼編寫(xiě)、項目管理、集成型編譯器、器件編程和片上調試。在現代化工具中，這些都很常見(jiàn)，但這種方法的問(wèn)題也很簡(jiǎn)單，喜歡使用 PSoC 的人很多，但不是他們所有人都愿意在應用開(kāi)發(fā)中使用賽普拉斯的軟件工具。

　　樣片設計

　　讓我們先從一個(gè)簡(jiǎn)單的 PSoC 設計開(kāi)始，便于講解說(shuō)明。PSoC Creator 的原理圖捕獲和參數化元件可讓您輕松繪制峰值檢波器電路圖?！　?/p>

 

　　這項設計使用了兩個(gè)主要元件：一個(gè)比較器 (Comp) 和一個(gè)混頻器 (Peak_Mixer)。比較器可簡(jiǎn)單地比較兩個(gè)輸入模擬電壓并輸出數字結果?；祛l器被配置為采樣模式，輸出參考和輸入信號之間的差值并在每個(gè)時(shí)鐘周期上更新該值。由于設計中的參考電壓接地 (Vssa)，因此混頻器始終將采樣的輸入電壓輸出到另一個(gè)引腳(峰值)。

　　此外，混頻器的輸出也反饋到比較器的參考輸入 (-)。當引腳 (Sig_In) 上的電壓為低時(shí)，比較器輸出也為低，并且混頻器時(shí)鐘被 AND 門(mén)阻塞。因此，混頻器不會(huì )采樣電壓，并繼續輸出其最后采樣的峰值電壓。當引腳電壓升高時(shí)，比較器改變輸出，時(shí)鐘不再進(jìn)行門(mén)控，混頻器則用新的峰值電壓更新其輸出。

　　構建這款設計會(huì )生成大量的 API。我們這里的目的只是想要接通電路：

　　? Comp_Start()
　　? Peak_Mixer_Start()

　　如果想要編寫(xiě)代碼，我們需要創(chuàng )建 μVision 項目。在 PSoC Creator 項目菜單中選擇“導出到 IDE”向導?！　?/p>