用雙MicroBlaze監控汽車(chē)應用

基于軟核處理器的多處理器片上系統(MPSoC)設計正日益風(fēng)靡于嵌入式系統設計領(lǐng)域。為了向多個(gè)處理器提供一致的數據，存儲區架構和管理已成為設計工作中非常重要的組成部分。在原型汽車(chē)應用中，我們準備構建一個(gè)雙MicroBlaze系統，用于在兩個(gè)MicroBlaze上支持賽靈思(Xilinx)公司嵌入式處理器內核Xilkernel。

在開(kāi)發(fā)自主汽車(chē)原型轉向平臺前，我們根據Xilinx技術(shù)規范、參考設計和雙處理器設計套件，研究出一套通用的設計工作流和工藝。該設計結合了多種功能，比如：防碰撞、行車(chē)道檢測和自動(dòng)停放。Xilkernel設計提供了諸如Posix線(xiàn)程這樣的庫函數，可重復利用基于QNX的防碰撞應用以及對其進(jìn)行分割。

緊密連接

我們構建了一個(gè)緊密連接的處理器系統，內含兩個(gè)配置完全相同的MicroBlaze處理器，在Harvard架構中，每個(gè)處理器都與一個(gè)16KB的局部塊RAM(BRAM)相連(圖1)。另外，這兩個(gè)處理器還與一個(gè)128MB的DDR存儲器模塊相連，用于存儲代碼和數據交換。Xilinx平臺工作室(XPS)Mutex內核負責對兩個(gè)MicroBlaze共享的存儲器訪(fǎng)問(wèn)進(jìn)行同步。兩個(gè)處理器還能通過(guò)一對快速單工鏈路(FSL)直接通信，FSL支持主/從和流水線(xiàn)處理器設計概念。采用FSL實(shí)現這兩個(gè)MicroBlaze的互聯(lián)，而不采用XPS Mailbox實(shí)現，可以提高性能，并降低資源耗用。

圖1：面向XtremeDSP開(kāi)發(fā)平臺的雙MicroBlaze Xilkernel配置。

兩個(gè)定時(shí)器外設負責為Xilkernel的調度實(shí)現提供中斷源。開(kāi)發(fā)階段的第一步，我們通過(guò)UART接口將激光掃描儀連接到系統，為防碰撞系統提供目標檢測。為以中斷控制器而非直接連接的時(shí)鐘中斷部署Xilkernel，我們在板支持包(BSP)設置中調整了與Xilkernel相關(guān)的參數sysintc_spec。

我們把兩個(gè)MicroBlaze連接到MicroBlaze調試模塊進(jìn)行調試，并通過(guò)microblaze_1的JTAG UART輸出ST.DIO。我們分析了系統的兩種實(shí)現方案，一種用XtremeDSP開(kāi)發(fā)平臺搭配Spartan-3A DSP 1800A FPGA，另一種用ML605評估板搭配Virtex-6 XC6VLX240T FPGA。

存儲器和高速緩存架構

多端口存儲器控制器(MPMC)通過(guò)Xilinx緩存鏈路(XCL)將Microblaze與外部DDR2存儲器相連，并分配直接存儲訪(fǎng)問(wèn)。由于采用統一的存儲器架構，每個(gè)處理器具有相同的存儲延遲和訪(fǎng)問(wèn)方式。我們?yōu)槊總€(gè)MicroBlaze配置了8KB指令和8KB數據緩存，均連接到單一MPMC PIM。這種布線(xiàn)方式可以讓我們將最多8個(gè)MicroBlaze關(guān)聯(lián)到一個(gè)MPMC。

單一MPMC地址總線(xiàn)連接和數據總線(xiàn)連接，會(huì )導致MPMC與外部存儲器之間出現數據流和取指瓶頸。但內部的時(shí)間片輪轉仲裁，能夠保證所有請求都能順序訪(fǎng)問(wèn)存儲器。另外，MicroBlaze還能通過(guò)處理器局部總線(xiàn)(PLB)保持與MPMC的連接，以提供對無(wú)緩存共享存儲區的訪(fǎng)問(wèn)。

在多處理器環(huán)境中，確保數據高速緩存的一致性非常重要。因此，我們將外部存儲的地址范圍分為三段(圖2)。每個(gè)MicroBlaze占有自己的地址空間，而只有數據存儲在其特定的區域，XCL才會(huì )緩存數據。第三個(gè)地址空間提供一個(gè)獨立段，可通過(guò)PLB訪(fǎng)問(wèn)，而用于交換未緩存的共享數據。通過(guò)在鏈接腳本中預定義變量，軟件工程師可以得到一個(gè)指向該段基址的指針。我們用寫(xiě)通策略配置高速緩存，因為如果采用回寫(xiě)策略，處理多個(gè)寫(xiě)訪(fǎng)問(wèn)會(huì )導致更多延遲。

圖2：DMX系統的內存印象圖。

連接器腳本的配置

連接器腳本的作用是，根據硬件設計信息，正確的板支持包和軟件應用本身，來(lái)定義處理器系統的存儲分段。XPS工具負責為每個(gè)MicroBlaze的復位、中斷和異常向量分配固定段，這些向量將存儲在處理器的BRAM中。常用的方法是把.heap和.stack段也存儲在局部BRAM中，以便在執行線(xiàn)程的時(shí)候快速訪(fǎng)問(wèn)局部變量。