SPARC V8結(jié)構(gòu)嵌入式微處理器開發(fā)環(huán)境的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)

祝長民 蘭利東 王建永

摘要：本文介紹了基于SPARC V8結(jié)構(gòu)的微處理器特點(diǎn)與性能，詳細(xì)闡述了微處理器的硬件開發(fā)環(huán)境設(shè)計(jì)方案與軟件開發(fā)環(huán)境的設(shè)計(jì)思路，經(jīng)過實(shí)際工程應(yīng)用證明系統(tǒng)運(yùn)行良好，本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案對(duì)類似的設(shè)計(jì)工作有一定的指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：SPARC V8；嵌入式微處理器；開發(fā)環(huán)境

SPARC V8(Scalable PrecessorArchitecture V8)是Sun Microsystems提出的一種32位RISC微處理器結(jié)構(gòu)，此結(jié)構(gòu)的處理器具有指令系統(tǒng)簡單，采用硬布線控制邏輯，處理能力強(qiáng)，速度快，可靠性高等特點(diǎn)，基于這些特點(diǎn)，SPARC結(jié)構(gòu)處理器現(xiàn)在被廣泛地應(yīng)用于UNIX工作站、服務(wù)器等穩(wěn)定性要求很高的環(huán)境中。

隨著SPARC V8結(jié)構(gòu)處理器越來越廣泛的應(yīng)用，如何搭建此結(jié)構(gòu)微處理器的軟件和硬件開發(fā)環(huán)境是一個(gè)值得研究的課題，本文中詳細(xì)地闡述了開發(fā)環(huán)境的硬件平臺(tái)設(shè)計(jì)方案和軟件集成開發(fā)環(huán)境設(shè)計(jì)思路。

SPARC V8結(jié)構(gòu)嵌入式微處理器的硬件開發(fā)環(huán)境設(shè)計(jì)

硬件開發(fā)環(huán)境以微處理器為核心，根據(jù)其內(nèi)部結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可將外圍電路分為BOOT ROM、PROGRAM ROM、SRAM、RS232接口，復(fù)位電路，鍵盤接口和320*240液晶接口等部分，下面對(duì)硬件開發(fā)板的幾個(gè)重要電路模塊進(jìn)行分析：

RAM存儲(chǔ)器部分：SPARC V8結(jié)構(gòu)微處理器的數(shù)據(jù)總線為32位，地址總線為28根，有4個(gè)RAM通道，每個(gè)通道的最大尋址空間為256Mbyte，使用時(shí)需要根據(jù)外圍SRAM的容量在處理器寄存器相應(yīng)位中設(shè)置每個(gè)通道容量大小，處理器根據(jù)不同的地址產(chǎn)生相應(yīng)通道片選信號(hào)。本硬件開發(fā)板根據(jù)實(shí)際的應(yīng)用需求使用了RAM通道1和RAM通道2，每個(gè)RAM通道使用2片16位的SRAM用于存儲(chǔ)計(jì)算數(shù)據(jù)，使用1片用于存儲(chǔ)8位校驗(yàn)碼數(shù)據(jù)PD0-PD7。

ROM存儲(chǔ)器部分：SPARC V8結(jié)構(gòu)處理器具有2個(gè)ROM通道，每個(gè)通道的最大尋址空間同樣為256Mbyte，但每個(gè)通道的容量不需在Memory Register中設(shè)置，它的2個(gè)ROM通道的地址范圍被固定?；谶@種特點(diǎn)，本開發(fā)板分別使用2個(gè)16位FLASH將ROM通道1作為存放引導(dǎo)系統(tǒng)啟動(dòng)程序的BOOT ROM，將通道2作為存儲(chǔ)操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序的PROGRAM ROM。

顯示電路部分：液晶顯示器作為主要的I／O設(shè)備，采用320*240分辨率的LCD，使用SED1335控制器進(jìn)行顯示控制，并由MC34063電路產(chǎn)生負(fù)電源用于LCD對(duì)比度的調(diào)節(jié)。

數(shù)據(jù)輸入部分：將標(biāo)準(zhǔn)的PS2鍵盤作為硬件開發(fā)板的輸入設(shè)備，利用AT89C52單片機(jī)設(shè)計(jì)的鍵盤控制芯片對(duì)PS2鍵盤輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和處理。最終將處理后的鍵盤編碼數(shù)據(jù)傳送給微處理器。

根據(jù)上述的分析，硬件開發(fā)板的原理框圖如圖1所示。

硬件開發(fā)板的如下圖所示

SPARC V8結(jié)構(gòu)嵌入式微處理器的軟件集成開發(fā)環(huán)境設(shè)計(jì)

軟件集成開發(fā)環(huán)境總體設(shè)計(jì)

一個(gè)好的設(shè)計(jì)應(yīng)該是在參考已有優(yōu)秀系統(tǒng)的前提下，根據(jù)自身的特點(diǎn)和需求來定制的，這種設(shè)計(jì)思路在設(shè)計(jì)中已經(jīng)被廣泛使用。在設(shè)計(jì)軟件集成開發(fā)環(huán)境時(shí)也是采用了這種方式，在參考了將操作系統(tǒng)、開發(fā)工具，仿真工具和分析工具于一身的相應(yīng)開發(fā)環(huán)境之后，結(jié)合實(shí)際的設(shè)計(jì)要求和設(shè)計(jì)能力，將微處理器的軟件集成開發(fā)環(huán)境分成如下幾個(gè)部分：

·工程管理環(huán)境

·集成軟件開發(fā)環(huán)境

·嵌入式系統(tǒng)調(diào)試環(huán)境

·嵌入式系統(tǒng)編譯環(huán)境

·軟件資源可配置環(huán)境

將軟件集成開發(fā)環(huán)境分成三個(gè)層次，具體的功能如圖3所示：

軟件集成開發(fā)環(huán)境的詳細(xì)設(shè)計(jì)

軟件集成開發(fā)環(huán)境管理層設(shè)計(jì)

工程管理：一般的集成開發(fā)環(huán)境如VC、VB等，這些開發(fā)環(huán)境是針對(duì)桌面系統(tǒng)完成的，它的工程管理能力

只限于文件級(jí)別管理，但嵌入式系統(tǒng)的功能管理則要求更高些，因?yàn)榍度胧较到y(tǒng)開發(fā)還涉及到目標(biāo)系統(tǒng)的配置與管理，不同的工程是針對(duì)不同目標(biāo)系統(tǒng)開發(fā)出的，不同目標(biāo)系統(tǒng)開發(fā)的嵌入式軟件的很多屬性，例如編譯器屬性、輸出路徑，編譯環(huán)境路徑等都是不同的，在工程管理中都要提供給用戶可以修改這些工程屬性的能力，所以基于這些考慮，開發(fā)環(huán)境的工程管理采用了工程文件的形式。

集成環(huán)境配置：軟件集成開發(fā)環(huán)境有很多的屬性。例如編輯框?qū)傩?，任?wù)欄屬性，顯示的屬性，使用語言等等都要進(jìn)行設(shè)置。這就要求在軟件集成開發(fā)環(huán)境中有這樣的選項(xiàng)，環(huán)境中應(yīng)包括的編輯框，工程管理框，調(diào)試框，任務(wù)欄等一些可視控件的屬性都可以在這里進(jìn)行設(shè)置，如圖4所示。

軟件開發(fā)層設(shè)計(jì)

軟件集成開發(fā)環(huán)境設(shè)計(jì)是為了給系統(tǒng)開發(fā)和系統(tǒng)驗(yàn)證工程師提供一個(gè)有效的開發(fā)和驗(yàn)證工具平臺(tái)，為使設(shè)計(jì)者能夠快速，有效地開發(fā)出嵌入式程序提供有效的支持，以提高嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)效率。由于單板測(cè)試程序沒有操作系統(tǒng)的支持，它們運(yùn)行的時(shí)候要有其它的支持庫支持才能運(yùn)行，將支持庫封裝到集成開發(fā)環(huán)境中，包括一些系統(tǒng)運(yùn)行的頭文件，系統(tǒng)初始化文件和軟件運(yùn)行的時(shí)候陷阱處理程序等，在開發(fā)者開發(fā)的時(shí)候就不用考慮這些問題，而將注意力集中到軟件設(shè)計(jì)中去。

調(diào)試環(huán)境設(shè)計(jì)

調(diào)試方式一般從距離主機(jī)的位置可以分為：基于主機(jī)的調(diào)試、遠(yuǎn)程調(diào)試兩種。前者調(diào)試是基于桌面系統(tǒng)的指令集模擬器，如ARM的SKYEYES、SPARC的TSIM和ATI的MNT等。調(diào)試方法都是將編譯好的程序下載到模擬器上，在模擬器上運(yùn)行程序。并在模擬器上對(duì)程序進(jìn)行調(diào)試，這樣調(diào)試的好處就是加快項(xiàng)目進(jìn)度和減少資金，缺點(diǎn)是在模擬器上可以運(yùn)行的程序在實(shí)際的硬件中并不一定就能運(yùn)行成功。后者是利用通訊某種通訊方式如網(wǎng)口，串口，JTAG口等連接上位機(jī)和目標(biāo)機(jī)，利用在上位機(jī)的代理軟件和目標(biāo)機(jī)上的monitor監(jiān)控程序通過某種通訊協(xié)議來完成彼此之間的通訊。從而達(dá)到調(diào)試目的，這種調(diào)試方式是基于硬件本身的，得到的調(diào)試信息準(zhǔn)確有效，所以本文中的軟件開發(fā)環(huán)境就采用了這種遠(yuǎn)程調(diào)試模式。

在設(shè)計(jì)中。軟件開發(fā)環(huán)境的調(diào)試任務(wù)通過第三方軟件來完成，此軟件包括；①Gdbtk－gdb調(diào)試軟件前端圖形界面(圖5)：②Remotedebugging monitor……gdb調(diào)試監(jiān)控軟件工具。將這個(gè)調(diào)試環(huán)境整合到軟件集成開發(fā)環(huán)境中，這樣用戶可以隨時(shí)調(diào)用調(diào)試工具，在其界面上進(jìn)行各種調(diào)試工作。

在硬件開發(fā)板的BOOT ROM中存放著bootloader程序，此程序通過開發(fā)板上的串口與上位機(jī)的串口調(diào)試軟件建立交互通道，完成程序下載、程序運(yùn)行、顯示存儲(chǔ)器空間內(nèi)容、執(zhí)行monitor監(jiān)控程序等操作。

當(dāng)我們運(yùn)行了目標(biāo)機(jī)上monitor監(jiān)控程序后。這個(gè)程序在目標(biāo)機(jī)上建立調(diào)試環(huán)境，當(dāng)用戶運(yùn)行調(diào)試環(huán)境調(diào)試自己的程序時(shí)，monitor監(jiān)控程序作為后臺(tái)程序運(yùn)行在目標(biāo)機(jī)上。Monitor監(jiān)控程序按照指定串行協(xié)議接收上位機(jī)發(fā)來的命令，做出相應(yīng)處理之后，將收集的調(diào)試信息發(fā)回到上位機(jī)，最后顯示在調(diào)試界面上。整個(gè)過程可由圖7來表示。

編譯環(huán)境設(shè)計(jì)

在設(shè)計(jì)軟件集成開發(fā)環(huán)境的編譯環(huán)境時(shí)。采用Gnu提供的整套對(duì)SPARC處理器的編譯環(huán)境：

①binutils二進(jìn)制文件處理工具

binutils包主要包括了一些輔助開發(fā)工具，如objdump反匯編器，readelf顯示elf文件、段信息，strip將不必要的代碼去掉以減少可執(zhí)行文件的大小，這些工具主要用于開發(fā)的初期，特別是在調(diào)試移植操作系統(tǒng)的時(shí)候。

②GCC編譯器

gcc是gnu collection compiler的簡稱，它可以編譯匯編、c、pascal、java等多種語言，而且還支持很多硬件開發(fā)平臺(tái)，通過對(duì)gcc源碼的編譯，其可以成為交叉編譯工具。

③Glibc鏈接、運(yùn)行庫

在集成編譯環(huán)境時(shí)，使用內(nèi)含編譯環(huán)境的方式，即將SPARC的編譯環(huán)境集成在集成開發(fā)環(huán)境中，成為開發(fā)環(huán)境的一部分的方式來完成的，可以在集成環(huán)境工程選項(xiàng)中進(jìn)行詳細(xì)配置，在集成環(huán)境中添加編譯器文件夾，用連接的方式將編譯環(huán)境鏈接到集成開發(fā)環(huán)境中來。

結(jié)論

本文詳細(xì)地闡述了基于SPARC V8結(jié)構(gòu)的高性能32位RISC嵌入式微處理器的軟，硬件集成開發(fā)環(huán)境的設(shè)計(jì)思路，經(jīng)過實(shí)際工程應(yīng)用證明系統(tǒng)運(yùn)行良好，本文對(duì)指導(dǎo)類似工程項(xiàng)目的研究有著積極意義。