一种基于开源处理器与开源操作系统的SoC开发方法

摘要

本发明涉及一种基于开源处理器与开源操作系统的SoC开发方法，步骤如下：首先建立基于开源处理器的SoC开发平台，之后将开源操作系统移植到SoC开发平台。第一步，采用FPGA芯片建立基于开源处理器的SoC平台，相应的HDL设计文件使用综合工具生成FPGA的网表文件，然后使用Quartus工具生成下载文件，通过JTAG端口将其载到SoC硬件平台的FPGA芯片上；第二步，将开源操作系统Linux 2.6移植到SoC开发平台上，使用工具链软件cygwin，将按需裁剪后的开源操作系统Linux 2.6烧写入ROM中。本发明能增减处理器的IO接口配置与指令集和裁剪操作系统的内核，在片上系统上实施软硬件的协同设计，可以明显的加快相关SoC芯片的开发，降低研发流片的风险，推出先进数字电路、处理器与集成电路设计教学系统。

说明书

【技术领域】

本发明涉及SoC(片上系统：System on Chip)开发技术领域，特别是一种基于开源处理器与开源操作系统的SoC开发方法。

【背景技术】

在信息技术领域，处理器和操作系统始终处于核心地位。

以ARM(Advanced RISC Machine)及MIPS(Microprocessor withoutInterlocked Pipeline Stages)为代表的RISC(Reduced Instruction Set Computer)处理器和微软公司Windows CE操作系统在市场上占据主导地位，但其付费和非开源的私利性使得采用该结构的产品成本高且其系统难以精简和优化。

在软件领域，以Linux领衔的开源软件技术对信息技术领域产生了深远的影响。越来越多的公司采用开源软件作为他们产品的一部分，而一些公司则以提供经过验证的开源软件作为其盈利点。目前很多软件都是开源的，数字系统太复杂，不开源成本太高。

在硬件尤其是集成电路设计领域，开源处理器技术正在兴起，仍然处于起步阶段。Xilinx公司公开的PowerPC 405芯片架构、Altera公司发布的Nios芯片架构、Sun公司公布的UltraSPARC Architecture 2005架构和HyperVisor API标准仅限于提供不能修改的内核，均不是完全开源的处理器。

【发明内容】

本发明克服了现有技术中不开源的不足，提供了一种基于开源处理器与开源操作系统的SoC(片上系统：System on Chip)开发方法。

本发明通过下述技术方案予以实现：首先建立基于开源处理器的SoC开发平台，之后将开源操作系统移植到SoC开发平台。

一种SoC开发方法，使用开源处理器、开源操作系统，FPGA(现场可编程逻辑阵列：Field Programmable Logic Array)现场可编程逻辑电路，首先建立基于开源处理器的SoC开发平台，之后将开源操作系统移植到SoC开发平台，开源处理器与开源操作系统均开放源代码。

所述开源的处理器IP核能提供多种IO接口及按目标系统的需要对IO接口进行配置，使得硬件开销最少或在一定约束条件下最优。

所述开源的操作系统能按目标系统的需要对组成模块进行配置或裁剪，使得软件系统最精简或在一定约束条件下最优。

所述的SoC开发方法能应用于软硬件协同设计，并在一定性能指标约束条件下软硬件协同配置最优。

所述的SoC开发方法，结合经过半导体代工厂流片验证后的开源处理器SIP(硅权智IP：Silicon IP)，可以明显的加快相关SoC芯片的开发，降低研发流片的风险。

所述的SoC开发方法以低廉的价格向大学推出先进数字电路、处理器与集成电路设计教学和研发系统。

所述开源处理器采用Open RISC1200，开源操作系统为Linux 2.6，以Altera公司的FPGA可编程器件及其相关开发工具及其它硬件电路构成。

所述的SoC开发方法，其具体步骤如下：

第一步，采用FPGA芯片建立基于开源处理器SoC的平台，开源处理器核是用HDL代码编写的，相应的HDL设计文件通过使用综合工具生成FPGA的网表文件，然后使用Quartus开发工具生成相应的下载文件，通过JTAG端口将其载到上述SoC硬件平台的FPGA芯片上；

第二步，将开源操作系统Linux 2.6移植到SoC开发平台上，开源处理器作为SoC平台的核心部分，片内ROM负责系统的初始化和将程序拷贝到片外RAM中，片外RAM负责存放程序和数据，通过使用开源处理器工具链软件cygwin，将按需裁剪后的开源操作系统Linux 2.6烧写入ROM中。

所述的SoC开发方法推出先进数字电路、处理器与集成电路设计教学和研发系统。

发明的有益效果：

与现有技术相比，本发明的有益效果是能按需求增减处理器的指令集，配置处理器硬件系统的IO接口，及裁剪操作系统的内核。

本发明SoC平台作为一套基于开源处理器与开源操作系统的全开放平台，在片上系统上实施软硬件协同设计，节省芯片面积，提高软件效率，结合经过半导体代工厂流片验证后的开源处理器SIP可以明显的加快相关SoC芯片的开发进程，降低研发流片的风险，能有效的降低成本，以低廉的价格作为高校先进数字电路、处理器与集成电路设计教学系统。

【附图说明】

图1是本发明的一实施例的系统组成主要元部件框图；

图2是本发明的对应图1实施例的系统硬件逻辑结构图。

【具体实施方式】

下面结合实施例的附图对本发明作进一步的描述。

根据附图1和附图2提供的SoC平台系统的框图及逻辑结构图，本发明给出了一种基于开源处理器OpenRISC1200与开源操作系统Linux2.6结合的SoC平台。

一、硬件部分

(1)附图1中SoC开发平台中FPGA型号为Altera公司的EP2C50F484或EP2C350F484，主要用于实现OpenRISC1200处理器。OpenRISC1200处理器是32位标量RISC，它具有哈佛结构、5级整数流水线，支持虚拟内存(MMU)，带有基本的DSP功能，并且外部数据和地址总线接口符合Wishbone标准。OpenRISC1200处理器IP核同时具有多个IO接口，包括指令和数据Wishbone主接口、电源管理接口、开发接口和中断接口等。

(2)附图1中的系统还包括以下部分：

·5V直流电源输入端口；

·以太网PHY DM9161E；

·64MB NandFlash K9F2G08U0M；

·32MB SDRAM K4S641632；

·Real-time clock芯片DS3231；

·IIS音频接口UDA1341TS，支持2Channel输出、1Mic输入；

·USB 2.0收发器MIC2550；

·1Mbps 2.4GHz无线网络物理层模块PTR4000；

·10Kbps 433MHz无线网络物理层模块F05P和J04V，支持有源RFID；

·TFT LCD模块；

·64手机键盘；

·扩展槽，可将两个OpenRISC开发板相连接；

·FPGA JTAG下载线；

·差分输入50MHz 8bit ADC AD9283；

·47数码管和18LED。

图2是图1系统的具体组成的结构示意图。主要有OR1200、Nandflash、SDRAM、IIS音频控制器、USB控制器、总线桥和DMA、以太网控制器、摄像头接口等。各组成部分通过总线进行连接。

二、软件部分

·Linux 2.6操作系统。

三、具体步骤如下：

第一步，采用Altera公司的FPGA芯片建立基于开源处理器Open RISC1200的SoC平台，开源处理器Open RISC1200核是用HDL(Verilog或VHDL)代码编写的，相应的HDL设计文件通过使用综合工具(如Synplify)生成FPGA的网表文件，然后使用Altera公司的Quartus开发工具生成相应的下载文件，通过JTAG端口将其载到上述SoC硬件平台的FPGA芯片上；

第二步，将开源操作系统Linux 2.6移植到SoC开发平台上，开源处理器OpenRISC1200作为SoC平台的核心部分，片内ROM负责系统的初始化和将程序拷贝到片外RAM中，片外RAM负责存放程序和数据，通过使用OpenRISC1200工具链软件cygwin，将按需裁剪后的开源操作系统Linux 2.6烧写入ROM中。

本实施例SoC平台作为一套基于开源处理器与开源操作系统的全开放平台，在片上系统上实施软硬件协同设计，节省芯片面积，提高软件效率，使SoC开发更加便捷；可应用于各种通信产品，信息家电及数字视频产品，如可用于无线传感器网络、有源RFID、VOIP电话等的开发；能有效的降低成本，以低廉的价格作为高校先进数字电路、处理器与集成电路设计教学系统。