SOPC在嵌入式工業(yè)以太網(wǎng)控制器中的應用

　　4 軟件設計

　　完成NIOS的硬件開(kāi)發(fā)后，SOPC Builder可以幫助開(kāi)發(fā)者生成相應的SDK（軟件開(kāi)發(fā)包）。這是由于在硬件開(kāi)發(fā)中的NIOS CPU及其外設構成的系統是自定制的，存儲器、外設地址的映射等都各不相同，需要的SDK也應是專(zhuān)有的，SOPC Builder能夠自動(dòng)生成SDK。

　　在生成的SDK基礎之上，進(jìn)入軟件開(kāi)發(fā)流程，在這個(gè)部分，開(kāi)發(fā)幾乎與通常的嵌入式系統的開(kāi)發(fā)沒(méi)有區別，唯一的不同只在于，嵌入式系統是自己定制的、裁剪過(guò)的，受到硬件的局限小一些。

　　控制器的操作系統考慮到性?xún)r(jià)比以及現場(chǎng)控制需要，采用了uClinux。uClinux是一個(gè)完全符合GNU/GPL公約的操作系統，完全開(kāi)放代碼，其是專(zhuān)門(mén)為控制領(lǐng)域而裁減設計的嵌入式操作系統。

　　uClinux 從Linux 2.0/2.4內核派生而來(lái)，沿襲了主流Linux的絕大部分特性[5]。它是專(zhuān)門(mén)針對沒(méi)有MMU的CPU，并且為嵌入式系統做了許多小型化的工作。適用于沒(méi)有虛擬內存或內存管理單元（MMU）的處理器。它通常用于具有很少內存或Flash的嵌入式系統。

　　在GNU通用公共許可證（GNU GPL）的保證下，運行uClinux操作系統的用戶(hù)可以使用幾乎所有的Linux API函數，不會(huì )因為沒(méi)有MMU而受到影響。由于uClinux在標準的Linux基礎上進(jìn)行了適當的裁剪和優(yōu)化，形成了一個(gè)高度優(yōu)化的、代碼緊湊的嵌入式Linux，雖然它的體積很小，uClinux仍然保留了Linux的大多數的優(yōu)點(diǎn):穩定、良好的移植性、優(yōu)秀的網(wǎng)絡(luò )功能、完備的對各種文件系統的支持、以及標準豐富的API等。在開(kāi)發(fā)應用程序之前，先將uClinux移植到NIOS處理器中來(lái)。

　　特別的為了應用到工業(yè)實(shí)時(shí)領(lǐng)域，本文進(jìn)一步增強uClinux的實(shí)時(shí)性。

　　整個(gè)嵌入式工業(yè)以太網(wǎng)控制器具有以下特點(diǎn):

　　控制器具有很高的靈活性。這是本文設計的以太網(wǎng)控制器的最大特點(diǎn)。由于微處理器采用Altera公司的NIOS，使得系統資源能夠靈活調配，并且克服了采用其它處理器中存在的接口速率瓶頸的缺點(diǎn)，適應工業(yè)以太網(wǎng)實(shí)時(shí)數據的要求。

　　控制器具有很高的集成度。由于NIOS具有豐富的接口資源，而uClinux裁減后體積非常小，而且具備以太網(wǎng)功能，這樣可以很容易實(shí)現控制器的微型化、Internet化;

　　控制器具有很高的實(shí)時(shí)性。在設計硬件和軟件時(shí)都充分考慮了系統的實(shí)時(shí)性。硬件設計中采用了高速的A/D（500khz）和多路D/A輸出，使得關(guān)鍵信號能及時(shí)采樣和輸出，保證了“硬實(shí)時(shí)”;操作系統中加入了RTlinux模塊，保證了“軟實(shí)時(shí)”。

　　5 實(shí)際應用

　　針對某企業(yè)生產(chǎn)現場(chǎng)需要，將該型控制器應用到基于以太網(wǎng)的控制系統中。針對現場(chǎng)對網(wǎng)絡(luò )可靠性參數的嚴格要求，在控制層網(wǎng)絡(luò )改進(jìn)傳統以太網(wǎng)拓撲結構。采用環(huán)形網(wǎng)絡(luò )拓撲，可以增加網(wǎng)絡(luò )的可靠性。

　　而解決網(wǎng)絡(luò )的實(shí)時(shí)性問(wèn)題則采用了控制區域（Control Domain）概念，將控制現場(chǎng)分區，減少各個(gè)控制區資源競爭的情況。而控制區域之間的是通過(guò)交換式以太網(wǎng)交換機來(lái)通信。