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Xilinx Microblaze 移植
使用 Virtex-4 FPGA
[RTOS 移植]


ml403.jpg
经 Xilinx Inc 许可复制的映像

本页面上介绍的移植和演示现已弃用。 请点击 此处查看最新演示。

Microblaze 移植采用 PowerPC & MicroBlaze Virtex-4 FX12 版开发套件开发。 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。
  • 所有需要的线缆。
注意： 请单独检查每个开发工具的许可条件，有些是开源工具， 有些仅用于评估，有些每年授予一次许可。

Microblaze 移植的初衷是让其尽可能通用以及得到广泛应用。 因此，尽管 ML403 是一个全面的开发平台（涵盖以太网、USB、音频等），但 FreeRTOS 内核 还是要尽可能少地依赖核心 FPGA 组件之外的硬件。 该移植随附的演示应用程序已配置为完全从 BRAM 执行，只使用基本的 UART 组件。

注意： Xilinx 一直同时服务于 Microblaze 核心和它们自己的工具链，因为本页所展示的移植最初就已经创建好了。 Tyrel Newton 为此提供了大力支持， Tyrel 将该移植更新为采用 Xilinx 工具链 V14.4，并将修改好的版本发布到了 本网站的 FreeRTOS 互动版块。 非常感谢 Tyrel！

如下载所示，此演示应用程序未展示协程的使用情况。 请参阅协程文档页面， 详细了解如何将协程功能快速添加到此演示。

重要提示！Microblaze 软处理器内核 RTOS 移植使用说明

使用此 RTOS 移植之前，请阅读以下所有要点。

  1. 源代码组织
  2. 演示应用程序
  3. 配置和使用详情
另请参阅常见问题：我的应用程序未运行，问题可能出在哪里？

源代码组织

FreeRTOS 下载文件包含所有 FreeRTOS 移植的源代码，因此包含的文件比此演示使用的文件更多。 请参阅源代码组织部分，查看 下载文件的描述和有关创建新项目的信息。

用于 Microblaze FreeRTOS 移植的 Platform Studio/GCC 演示应用程序项目命名为 system.xmp， 可位于 FreeRTOS/Demo/Microblaze 目录中。

FreeRTOS/Demo/Microblaze/Serial 目录中包含一个针对基本 UART 外围设备的中断驱动的串行端口驱动程序示例 。

演示应用程序

FreeRTOS 源代码下载文件包括 Microblaze GCC RTOS 移植的完全抢占式多任务演示应用程序。

演示应用程序创建了 23 个标准演示应用程序任务，一个“检查”任务，两个特定于 Microblaze 的测试任务和空闲任务，总共 27 个任务。 此网站的演示应用程序部分提供了 关于标准演示任务功能的更多信息。


演示应用程序硬件设置

所有 ML403 跳线都可以保持在默认位置。

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

如果演示应用程序正确执行，其表现如下：
  • LED 1、2 和 3 由 'flash' 任务控制。 每盏灯将以恒定频率闪烁，LED 1 速度最慢， LED 3 速度最快。

  • 串行端口上每传输一个字符， SW4 上方的 LED 都会闪烁。

  • 每当在串行端口上接收和验证字符时，SW5 上方的 LED 都会闪烁。

  • 并非所有任务都会改变 LED，所以没有可见的指示来表明它们运行正常。 因此，系统创建了一个检查任务，用于确保所有其他任务中没有检测到任何错误。

    LED 0 由“检查”任务控制。 检查任务每 3 秒就会将系统中的所有任务检查一次， 以确保任务执行无误。 然后将灯切换至 LED 0。 如果 LED 0 每三秒钟切换一次， 那么就说明没有检测到错误。 如果切换频率提高到 500 毫秒，则表示“检查”任务 至少发现了一处错误。 可以通过将环回连接器从串行端口（如上述）上移除来检查此机制， 因为这样做是在故意制造一个错误。


构建和执行演示应用程序

由于 Microblaze 是软处理器内核，进行初始构建时会生成 FPGA 和软件映像。 这会是 一个漫长的过程！ 如果不改变硬件配置，那么初始构建之后的 编译和下载周期可以在几秒钟内完成。

Xilinx Platform Studio 项目了解构建的每个组件之间的依赖关系。 如果您尝试下载 位流，它会首先检查该位流的所有组件是否为最新版本，如果不是，则确保它们是按照正确的顺序构建 。 因此，执行完整构建的最简单的方法是点击 Platform Studio IDE 中的 "Download" 加速按钮：

  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/Microblaze/system.xmp 文件。

  4. 单击 "Download" 加速按钮。

  5. 如果这是初次构建，那么您可以走开去做一会儿别的事，因为构建需要一些时间。

构建和下载环节完成后，演示应用程序会自动开始执行。

该项目是从 BRAM 执行的，因此如果断电，项目会丢失。


使用调试器

对 FPGA 编程完成后，可以使用 Insight 调试器来修改和执行软件构建：
  1. 按照上述步骤 1 至步骤 4 ，准备好开发环境。

  2. 单击 "XMD" 加速按钮 ，启动 XMD 接口。 这一步对于主机调试器与开发板的通信是必要的。

  3. 使用 "Build All User Applications" 加速按钮 构建软件源文件。

  4. 使用 "Software Debugger" 加速按钮 启动 Insight 调试器。

  5. 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

  6. 再次在 Insight IDE 中选择 "Run" 加速按钮。

  7. 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

硬件组件

为了满足最低限度的要求，构建配置仅包括下述项：
  • 基本 Microblaze 配置，没有缓存或浮点支持，没有外部内存接口。

  • 调试模块。

  • 演示应用程序所需的 LED 输出。

  • 基本 UART（用于测试中断机制）。

  • 单个中断控制器。

  • 用于生成 RTOS 滴答的定时器。

  • 必要的总线接口。


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。


RTOS 移植特定配置

此移植的特定配置项目位于 Source/Demo/MicroBlaze/FreeRTOSConfig.h。 可以编辑 此文件中定义的常量，以适配您的应用程序。 特别是： 用于设置 RTOS tick 的频率的 configTICK_RATE_HZ 定义。 提供的数值 1000 Hz 可用于 测试 RTOS 内核功能，但这超过了大部分应用程序的频率要求。 降低此值将有助于提高效率。

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。


中断服务程序

启动 RTOS 调度器时，FreeRTOS 内核会安装自己的中断处理程序。 它使用与外设库相同的数据结构体 和间接机制，不需要做特殊考虑。

不会引起上下文切换的中断服务程序没有特殊要求，可以按正常函数 编写。

通常，上下文切换需要中断服务程序。例如，正在被接收的串行端口字符 可能会唤醒在等待该字符时被阻塞的高优先级任务。如果 ISR 中断了一个优先级较低的任务， 则其应立即返回到已被唤醒的任务。 在中断函数的末尾调用宏 portYIELD_FROM_ISR() 可以确保， 可运行的最高优先级任务即为离开中断函数后 立即需要执行的任务。 请参阅 Demo/MicroBlaze/serial/serial.c 中的 vSerialISR() 函数， 了解如何将 portYIELD_FROM_ISR() 与 xQueueSendFromISR() 和 xQueueReceiveFromISR() 结合使用。


在抢占式和协同式 RTOS 内核之间切换

将 Demo/MicroBlaze/FreeRTOSConfig.h 内的定义 configUSE_PREEMPTION 设置为 1，可使用抢占式； 设置为 0，则可使用协同式。


编译器选项

与所有的端口一样，使用正确的编译器选项至关重要。 若要确保这一点， 最佳方法是基于提供的演示应用程序文件构建您的应用程序。


内存分配

Source/Portable/MemMang/heap_2.c 包含在 Microblaze 演示应用程序的 makefile 中， 以提供 RTOS 内核所需的内存分配。 请参阅 API 文档的内存管理部分， 以获取完整信息。


串行端口驱动器

此外还需注意的是，编写串行驱动程序是为了测试部分实时内核功能，并不是 用于表示优化过的解决方案。

注意：一旦生成硬件映像，基本 UART 使用的波特率将被固定。 传递给 串行端口初始化例程的波特率参数无影响。 正如下载的一样，波特率设置为 9600。






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