嵌入式系统中“软外设”的研究

时间:2023-05-01 08:38:01 计算机论文 我要投稿
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嵌入式系统中“软外设”的研究

作者Email:   sunchengli@sjzue.edu.cn

嵌入式系统中“软外设”的研究

    摘要:随着CPU的性能的不断提升,处理速度越来越快,运算能力不断增强,在许多嵌入式系统的开发中逐渐出现了软外设(Software Peripherals)。所谓软外设是指以软件编程为手段,模拟CPU的外围设备的功能,真正达到以软代硬的目的。软外设的出现给产品的开发带来了极大的灵活性,不但使系统体积变得更小,而且使系统的升级换代变得更为方便,从而真正实现SOC。

    本文介绍软外设的设计思想以及在开发过程中应注意的事项,并结合一个嵌入式系统,分析软外设对系统的影响以及如何使设计合理化。

    关键词:嵌入式系统 UART  Software Peripherals

    一、介绍

    应该说软外设并不是一个新思想,从计算机发明以来,电子系统设计人员一直试图尽可能多地用软件编程来代替实际电路,通过这种方式把外设嵌入进系统。但由于CPU速度、计算能力有限,以及内存技术的发展不够成熟,从而束缚了软外设的发展。

    近年来,随着电子技术的发展,越来越多的处理器厂家在处理器的设计中加大了对软外设的支持,象ARM公司宣称他们的32、64位RISC处理器已经能用软件实现更多更强的功能,指令集也更为丰富,甚至包括DSP方面的许多功能现在已经能够在CPU上实现。Motorola公司已经开发出基于SM56PCI接口的用纯软件实现的调制解调器。这些都说明电路设计已经进入了一个崭新的时期。

    目前,电子设计中把外设嵌入进系统的方法主要有两种。方法Ⅰ是采用标准的微处理器+一块辅助芯片,辅助芯片可以是FPGA或CPLD等可编程逻辑芯片;方法Ⅱ是采用基本的CPU内核+附加逻辑单元,这些可以在一块高密度可编程逻辑芯片上实现,CPU内核往往为Altera和Xilinx等FPGA生产厂家提供的软件模块。以上两种方法都需要开发人员熟悉硬件描述语言,但在实际应用中CPU内核以及各种IP核的使用的往往要得到产权许可,而且可编程逻辑芯片体积大,价格昂贵,故在一些便携式装置的研制中不便采用。

    软外设的设计通常是采用标准的微处理器,在满足系统稳定和系统负荷允许的条件下,设计中尽可能多地采用可配置的软件模块,用这些可配置的软件模块来实现某种外设的功能。并且可以配置、升级、重组,从而完成特定的功能。应该说明的是,并不是所有外设的功能都能完全由软件实现,这种设计方法的目的是在系统允许的条件下尽量“以软代硬”,以尽可能少的硬件开销取得最佳的性能比。

    二、系统要求

    下面给出具有软外设的嵌入式系统结构图。

    下面给出对嵌入式系统的要求:

    (1) 高性能CPU内核。软外设的必须以高性能CPU内核为支持,只有采

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