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目前用双MicroBlaze监控汽车应用

发布时间:2021-07-22 03:23:59 阅读: 来源:污水泵厂家

用双MicroBlaze监控汽车应用

基于软核处理器的多处理器片上系统(MPSoC)设计正日益风靡于嵌入式系统设计领域。为了向多个处理器提供一致的数据,存储区架构和管理已成为设计工作中非常重要的组成部分。在原型汽车应用中,我们准备构建一个双MicroBlaze系统,用于在两个MicroBlaze上支持赛灵思(Xilinx)公司嵌入式处理器内核Xilkernel。

在开发自主汽车原型转向平台前,我们根据Xilinx技术规范、参考设计和双处理器设计套件,研究出一套通用的设计工作流和工艺。该设计结合了多种功能,比如:防碰撞、行车道检测和自动停放。Xilkernel设计提供了诸如Posix线程这样的库函数,可重复利用基于QNX的防碰撞应用以及对其进行分割。

紧密连接

我们构建了一个紧密连接的处理器系统,内含两个配置完全相同的MicroBlaze处理器,在Harvard架构中,每个处理器都与一个16KB的局部块RAM(BRAM)相连(图1)。另外,这两个处理器还与一个128MB的DDR存储器模块相连,用于存储代码和数据交换。Xilinx平台工作室(XPS)Mutex内核负责对两个MicroBlaze共享的存储器访问进行同步。两个处理器还能通过一对快速单工链路(FSL)直接通信,FSL支持主/从和流水线处理器设计概念。采用FSL实现这两个MicroBlaze的互联,而不采用XPS Mailbox实现,可以提高性能,并降低资源耗用。

图1:面向XtremeDSP开发平台的双MicroBlaze Xilkernel配置

两个定时器外设负责为Xilkernel的调度实现提供中断源。开发阶段的第一步,我们通过UART接口将激光扫描仪连接到系统,为防碰撞系统提供目标检测。为以中断控制器而非直接连接的时钟中断部署Xilkernel,我们在板支持包(BSP)设置中调整了与Xilkernel相关的参数sysintc_spec。

我们把两个MicroBlaze连接到MicroBlaze调试模块进行调试,并通过microblaze_1的JTAG UART输出O。我们分析了系统的两种实现方案,一种用XtremeDSP开发平台搭配Spartan-3A DSP 1800A FPGA,另一种用ML601、塑料收缩率及其影响因素5评估板搭配Vi“这项研究有可能使石墨烯成为1种更加实用的功能性材料rtex-6 XC6VLX240T FPGA。

存储器和高速缓存架构

多端口存储器控制器(MPMC)通过Xilinx缓存链路(XCL)将Microblaze与外部DDR2存储器相连,并分配直接存储访问。由于采用统一的存储器架构,每个处理器具有相同的存储延迟和访问方式。我们为每个MicroBlaze配置了8KB指令和8KB数据缓存,均连接到单一MPMC PIM。这种布线方式可以让我们将最多8个MicroBlaze关联到一个MPMC。

单一MPMC地址总线连接和数据总线连接,会导致MPMC与外部存储器之间出现数据流和取指瓶颈。但内部的时间片轮转仲裁,能够保证所有请求都能顺序访问存储器。另外,MicroBlaze还能通过处理器局部总线(PLB)保持与MPMC的连接,以提供对无缓存共享存储区的访问。

在多处理器环境中,确保数据高速缓存的一致性非常重要。因此,我们将外部存储的地址范围分为三段(图2)。每个MicroBlaze占有自己的地址空间,而只有数据存储在其特定的区域,XCL才会缓存数据。第三个地址空间提供一个独立段,可通过PLB访问,而用于交换未缓存的共享数据。通过在链接脚本中预定义变量,软件工程师可以得到一个指向该段基址的指针。我们用写通策略配置高速缓存,因为如果采用回写策略,处理多个写访问会导致更多延迟。

图2:DMX系统的内存印象图

连接器脚本的配置

连接器脚本的作用是,根据硬件设计信息,正确的板支持包和软件应用本身,来定义处理器系统的存储分段。XPS工具负责为每个MicroBlaze的复位、中断和异常向量分配固定段,这些向量将存储在处理器的BRAM中。常用的方法是把.heap和.stack段也存储在局部BRAM中,以便在执行线程的时候快速访问局部变量。

考虑到实时操作系统(RTOS)具有众多库函数,.text和.data段对BRAM显得过大,因此,我们将这些函数存放在外部存储器中。在多处理器系统中,如果多个处理器需要对相同存储区域寻址,这样做会导致问题复杂化。因此,开发人员必须手动调整存储分段。如前文所述,两个处理器只缓存自己专用的存储区,并共享对代码段和数据段之外定义区域的访问。通过PLB请求XPS Mutex,可对该共享存储区域进行同步访问,从而实现在两个MicroBlaze之间交换数据。为了在主/从或者流水线处理器系统中实现直接通信和同步,我们采用了FSL。这样可以避免在访问共享存储器时,因多次存储器总线分配而导致更高的访问延迟。

我们首先使用SDK链接脚本生成程序创建链接脚本。该脚本为文本文件,由三段组成,定义了堆和栈的大小、存储区以及每个段的地址。下段代码描述了双MicroBlaze Xilkernel系统Microblaze_0的链接脚本。我们调整了代码段和数据段存储区的大小,并增加了一个用于共享存储区的新段。我们也相应调整了microblaze_1的链接脚本,将代码段和数据段的起始存储区地址设定为0x8A000000,并为共享存储器分配了一个相等的段。

/*定义microblaze_0的堆和栈大小*/

_STACK_SIZE = DEFINED(_STACK_SIZE) ? _STACK_SIZE :

0x1000;

_HEAP_SIZE = DEFINED(_HEAP_SIZE) ? _HEAP_SIZE :

0x1000;

/*定义系统中用于microblaze_0的存储器*/

MEMORY

{

ilmb_cntlr_dlmb_cntlr :

ORIGIN = 0x, LENGTH = 0x00003FB0

/*重新设定用于代码段和数据段的存储器大小*/

DDR2_SDRAM_MPMC_BASEADDR :

ORIGIN = 0x, LENGTH = 0x

/*为共享存储器新增一个分段*/

DDR2_SDRAM_SHARED_BASEADDR :

ORIGIN = 0x8C000000, LENGTH = 0x

}

[...]

/*定义各段和它们在存储器中映射的位置*/

SECTIONS

{

[...]

sharedmem : {

__sharedmem_start = .;

*(sharedmem)

__sharedm产品种类很多例如免拆型手术缝合线、药物减缓包装剂、人造骨折内固定材料等em_end宠物食品 = .;

} > DDR2_SDRAM_SHARED_BASEADDR

[...]

}

MPSOC的下载和调试选项

SDK环境为下载、运行和调试多处理器系统的软件提供了两种方法。一方面,基于Eclipse的工具能够为软件工程提供下载和O状态的配置;另一方面,可以使用Xilinx微处理器调试(XMD)控制台来处理这些任务。

另外,SDK还可以使用位流和.bmm文件重配置FPGA。根据链接脚本中定义的段,FPGA编程对话框(Program FPGA Dialog)可以随意将整个软件段直接传输到与特定处理器相关联的BRAM中。如上所述,由于.elf文件会因使用Xilkernel库函数的应用而增大,因此,在多处理器系统中,我们一般会将这些段存放在外部存储器中。在这种情况下,可以选择FPGA编程对话框软件配置设置中的bootloop,来提供后续的软件下载。

SDK环境

SDK在工程浏览器(Project Explorer)窗口中,提供了包括软件工程选择的运行与调试(Run & Debug)配置,以及在Run菜单中打开“Run configurations…”。系统中每个处理器都有相关联的“Run & Debug”配置。在第一个例子中,选择配置对话框主标签中的工程.elf文件。在“Device Initialization”标签中将“Reset Processor Only”选为复位方式,以避免在复位时将整个系统重置。

另外,通过配置O Connection标签,可以让O直接打印到SDK控制台。将单处理器的“Run & Debug”配置捆.绑在一起,它们就可以同时运行各自的软件。最后,SDK基于Eclipse的调试窗口可以让开发人员插入断点,并提供变量赋值和存储分配方面的信息。

XMD控制台

对我们来说,最重要的XMD控制台命令是关于多处理器系统使用的命令。用帮助命令可以直接从XMD控制台调出这些命令的详细列表。为将XMD控制台用于伊之密是目前世界上少数能同时生产塑料注塑、橡胶注塑、金属压铸和镁合金金属注塑成型装备的企业多处理器系统的下载和调试,可使用命令connect mb mdm –debugdevice cpunr ,将处理器经由MicroBlaze调试模块(MDM)连接到XMD控制台。其中,参数用于定义每个处理器的标识符。在完成所有处理器的连接后,使用命令Target ,选择一个Microblaze用于处理当前的目标连接。“Target”命令可显示已连接目标的列表。要将.elf文件下载到特定的目标处理器上,开发人员可使用“dow”命令输入完整的路径和文件名:dow 。用户既可以运行“run”命令启动被选中目标上的软件,也可以使用“stp”命令单步调试运行代码。如果MDM具有PLB连接XMD控制台报告,可使用命令Read_uart start输出JTAG UART。在定义端口后,JTAG UART服务器即可接收这些输出,并使本地主机上的输出可供终端程序使用(例如:HTerm或者Tera Term):Terminal jtag_uart_server 。

流水线系统

我们逐步设计实现的双处理器平台系统,由两个得到Xilkernel支持的MicroBlaze处理器构成,它们通过FSL共享两个通信接口,并访问共享存储器。每个处理器都配置了运行在外部DDR2 SDRAM模块中独立存储区上的指令和数据高速缓存。而且,XPS Mutex模块能够对共享存储器访问进行同步,以保证数据一致性。此外,我们还为两个MicroBlaze调整了链接脚本,以便将专用存储区分配给两个处理器的指令段和存储段,以及一个共享数据段。

表1是在默认综合约束条件下有出色的耐化学腐蚀性,Spartan-3A DSP 1800A和Virtex-6 XC6VLX240T FPGA的资源分配和使用情况。即便是中等大小的Spartan器件,也能够为与双MicroBlaze系统PLB或FSL接口相连的额外加速器IP提供大量slice资源。

表1:双MicroBlaze Xilkernel系统的资源使用情况

这些尚未利用的FPGA资源,让我们能够为激光扫描仪的原始数据增加一个加速器处理单元。接下来我们的工作重点是,将基于QNX的防碰撞应用和线程任务分配给两个处理器。

由于障碍物识别、环境建模和远程控制构成了一系列的条件和顺序计算,所以我们选择了流水线处理系统。在今后的工作中,我们准备后续集成摄像头行车道检测功能,自动停放功能,以及其它所推荐的组件,比如:车辆测距和巡航控制。(end)

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