Xilinx PowerPC (PPC405) 移植
使用 Virtex-4 FPGA
[RTOS 移植]

经 Xilinx Inc 许可复制的映像

PPC405 移植的开发使用了 PowerPC & MicroBlaze Virtex-4 嵌入式开发套件。 该套件功能非常全面， 它包含了：

• ML403 开发板（如果您想使用其他开发板，我们也提供了相关说明）。
• 所有需要的硬件开发工具。
• 所有需要的软件开发工具（EDK 和 ISE）。
• JTAG 接口。
• 所有需要的电缆。

FreeRTOS V5.0.2 提供了两个 PowerPC 项目，原始项目和包括可选浮点单元 (FPU) 的替代项目。 此页面的配置和使用详情部分提供了有关使用 FPU 的更多信息。

重要提示！使用 Virtex4 PowerPC RTOS 移植的注意事项

1. 源代码组织
2. 演示应用程序
3. 配置和使用详情

源代码组织

不含 FPU 的 PowerPC 的 Platform Studio/GCC 演示应用程序项目命名为 system.xmp， 可以在 FreeRTOS/Demo/PPC405_Xilinx_Virtex4_GCC 目录下找到。 使用 FPU 的替代演示 位于 FreeRTOS/Demo/PPC405_FPU_Xilinx_Virtex4_GCC 目录中。

目录 FreeRTOS/Demo/PPC405_Xilinx_Virtex4_GCC/RTOSDemo/Serial 包含一个基本 UART 外围设备的中断驱动的串行端口驱动器样本 。

演示应用程序

演示应用程序会创建 40 个静态实时任务，然后动态创建和删除另外两个任务。 其中的大多数 任务并非是 PPC405/Virtex4 应用程序特有的。 除了标准演示任务外，还创建了以下演示特定任务：

• 检查 (Check) 任务。
  此操作每 3 秒执行一次，但具有最高的优先级以确保其拥有处理器时间。 此任务主要用于 检查其他所有任务是否仍可使用。

  大多数任务都会保持一个唯一的计数，每次任务成功完成其函数时，这个计数都会增加。 如果 任务中出现错误，计数将永久停止。 检查任务检查每个任务的计数，以确保 自上次执行检查任务以来，计数已变更。 如果所有计数变量都已变更，则所有任务都在正确执行， 没有错误。 然后检查任务会切换 LED DS15。 如果没有检测到错误，则切换周期 将为 3 秒。 如果有任何任务报告了错误，切换周期将为 500 毫秒。

• “寄存器检查”任务。
  这些任务用已知值填充 CPU 寄存器，然后检查每个寄存器是否仍包含预期值。 此函数的 发现意外值表明 RTOS 上下文切换机制中存在错误。 寄存器检查任务以低优先级运行， 因此经常被抢占。

• 可选浮点任务。
  含有 FPU 的替代项目会创建寄存器检查任务，用于测试浮点寄存器上下文切换， 还会创建一组 8 个任务，用于测试和演示浮点操作的使用。

演示应用程序硬件设置

演示应用程序包括 ComTest 任务，其中一个任务会向另一个任务传输 RS232 字符。 要正确执行此实时任务， 必须将环回连接器安装到 ML403 原型板的 RS232 端口 （9 路连接器上的引脚 2 和 3 必须连接在一起）。

演示应用程序使用原型板中内置的 LED，因此不需要其他硬件设置。

功能

• LED DS6、DS5 和 DS4 由 'flash' 任务控制。每个 LED 将以恒定频率闪烁，LED DS6 的频率最高， LED DS4 的频率最低。
• 每当在串行端口上接收和验证字符时，SW4 上方的 LED 都会闪烁。 每当字符在串行端口上传输时，SW5 上方的 LED 都会闪烁（切换速率很快，不太容易看到）。
• LED DS15 受检查任务的控制。 如果 LED DS15 每三秒切换一次，则表示从未检测到错误 。如果切换速度增加到 500 毫秒，则表示“检查”任务至少发现了一个错误。 可以 通过从串行端口中移除环回连接器（如上所述）来测试此机制， 此方式会故意生成错误。

生成和下载位流

1. 使用 JTAG 适配器将 ML403 开发板连接到主机。如果使用并行端口版本， 请确保将并行连接器和 PS/2 连接器连接到主机。
2. 为 ML403 上电。
3. 在 Platform Studio IDE 中打开 Demo/ PPC405_Xilinx_Virtex4_GCC/system.xmp 文件。
4. 从 Platform Studios 的 "Device Configuration" 中选择 "Download Bitstream"。 初始构建将需要 10 到 30 分钟，具体取决于主机，完成后应下载到 ML403。

构建演示应用程序

使用弹出菜单构建 PowerPC 演示应用程序。

注意 ： 文件 system_incl.make 包含 "XILINX_EDK_DIR = C:/devtools/XilinxEDK" 行。 在构建 RTOS 演示应用程序之前，可能需要更新此文件以正确安装 Xilinx 工具。

使用调试器

1. 按照上述步骤构建应用程序并准备开发环境。

2. 点击 XMD 加速按钮 ，或从 Platform Studio 的 "Debug" 菜单中选择 "Launch XMD" 来启动 XMD 接口。 这对于主机调试器与开发板的通信是必要的。

3. 使用 "Software Debugger" 加速按钮 ，或从 Platform Studio 的 "Debug" 菜单中选择 "Launch Software Debugger" 来启动 Insight 调试器。

4. 在 Insight IDE 中，从 "File" 菜单中选择 "Target Settings"，并确保配置 与下图一致：
   
   Insight 目标设置

5. 再次在 Insight IDE 中选择 "Run" 加速按钮。

6. Insight 将连接到目标，下载可执行文件，然后执行到 main() 的开始处并中断。 之后， Insight 就可用于常规的查看代码和检查系统资源。

配置和用法详情

GCC 项目的注意事项

1. 可能需要手动更新 Demo/MicroBlaze/System_incl.make 中的定义 XILINX_EDK_DIR，以确保它包含 xilinx/EDK 目录的正确路径。

2. 我发现，如果项目位于包含空格 (' ') 的目录路径中，则将无法构建工具。

初始化中断控制器

void vPortSetupInterruptController( void );

安装中断处理程序

BaseType_t xPortInstallInterruptHandler( unsigned char ucInterruptID, 
                                            XInterruptHandler pxHandler, 
                                            void *pvCallBackRef );

• ucInterruptID 是分配给 Xilinx 生成的名为 "xparameters.h" 的头文件中外设的 ID。 例如，在 RTOS 演示应用程序中，给 UART 分配的 ID 是 XPAR_OPB_INTC_0_RS232_UART_INTERRUPT_INTR。
• pxHandler 是一个指向 C 中断处理程序函数的指针。
• pvCallBackRef 是一个指向参数的指针，此参数将被传递到 C 中断处理程序函数中。 中断处理程序函数必须接受单个 void * 参数，即使未使用此参数。 serial.c 中的函数 vSerialISR() 可以用作示例。

数学库

使用 APU 浮点运算单元对项目设置的要求

• 将 FreeRTOSConfig.h 中的 configUSE_FPU 设置为 1。
• 将 FreeRTOSConfig.h 中的 configUSE_APPLICATION_TASK_TAG 设置为 1。
• FreeRTOSConfig.h 包含一行 #include "FPU_Macros.h"。 FPU_Macros.h 包含必须的 traceTASK_SWITCHED_IN() 和 traceTASK_SWITCHED_OUT() 定义。 包含文件排序至关重要——从 FreeRTOSConfig.h 中包含 FPU_Macros.h 可确保 顺序正确。
• 将 APU FPU 并入 FPGA 设计时，会自动设置编译器选项，使其正确用于硬件 而非仿真浮点运算，"-mfpu=sp_full" 是必选项。

指定任务使用浮点运算

与每个任务相关联的是标签值。 这不是 RTOS 内核本身使用的，因此可以被移植层 或应用程序用于它希望的任何目的。 此页面所描述的移植使用标签值来表示任务 是否需要浮点上下文。 定义 traceTASK_SWITCHED_OUT() 和 traceTASK_SWITCHED_IN() 宏分别执行 实际上下文的保存和还原。

标签值必须为 NULL 或指向一个足以容纳浮点上下文的缓冲区。 任务创建时的默认值是 NULL， 表示任务不需要浮点上下文。

函数：

void vTaskSetApplicationTaskTag( TaskHandle_t xTask, TaskHookFunction_t pxTagValue );

用于将 pxTagValue 的一个标签值与一个句柄等于 xTask 的任务相关联。 常量 portNO_FLOP_REGISTERS_TO_SAVE 表示浮点上下文的 32 位寄存器构成数量。 作为示例，可使用以下方式分配一个足够大的缓冲区用于保存浮点上下文：

unsigned long ulFlopContext[ portNO_FLOP_REGISTERS_TO_SAVE ];

要将此缓冲区分配给任务的标签值，可以调用：

vTaskSetApplicationTaskTag( xTask, ( void * ) ulFlopContext );

请参阅所提供的示例。

RTOS 移植特定配置

每个移植都会将 "BaseType_t" 定义为该处理器的最有效数据类型。 本移植将 BaseType_t 定义为长整型。

请注意，vPortEndScheduler() 尚未实现。

请求在 ISR 内进行上下文切换

在抢占式和协同式 RTOS 内核之间切换

编译器选项

内存分配

串口驱动程序