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嵌入式系統(tǒng)中“軟外設(shè)”的研究
作者Email: sunchengli@sjzue.edu.cn
摘要：隨著CPU的性能的不斷提升，處理速度越來越快，運算能力不斷增強，在許多嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)中逐漸出現(xiàn)了軟外設(shè)（Software Peripherals）。所謂軟外設(shè)是指以軟件編程為手段，模擬CPU的外圍設(shè)備的功能，真正達到以軟代硬的目的。軟外設(shè)的出現(xiàn)給產(chǎn)品的開發(fā)帶來了極大的靈活性，不但使系統(tǒng)體積變得更小，而且使系統(tǒng)的升級換代變得更為方便，從而真正實現(xiàn)SOC。
本文介紹軟外設(shè)的設(shè)計思想以及在開發(fā)過程中應(yīng)注意的事項，并結(jié)合一個嵌入式系統(tǒng)，分析軟外設(shè)對系統(tǒng)的影響以及如何使設(shè)計合理化。
關(guān)鍵詞：嵌入式系統(tǒng) UART Software Peripherals
一、介紹
應(yīng)該說軟外設(shè)并不是一個新思想，從計算機發(fā)明以來，電子系統(tǒng)設(shè)計人員一直試圖盡可能多地用軟件編程來代替實際電路，通過這種方式把外設(shè)嵌入進系統(tǒng)。但由于CPU速度、計算能力有限，以及內(nèi)存技術(shù)的發(fā)展不夠成熟，從而束縛了軟外設(shè)的發(fā)展。
近年來，隨著電子技術(shù)的發(fā)展，越來越多的處理器廠家在處理器的設(shè)計中加大了對軟外設(shè)的支持，象ARM公司宣稱他們的32、64位RISC處理器已經(jīng)能用軟件實現(xiàn)更多更強的功能，指令集也更為豐富，甚至包括DSP方面的許多功能現(xiàn)在已經(jīng)能夠在CPU上實現(xiàn)。Motorola公司已經(jīng)開發(fā)出基于SM56PCI接口的用純軟件實現(xiàn)的調(diào)制解調(diào)器。這些都說明電路設(shè)計已經(jīng)進入了一個嶄新的時期。
目前，電子設(shè)計中把外設(shè)嵌入進系統(tǒng)的方法主要有兩種。方法Ⅰ是采用標準的微處理器＋一塊輔助芯片，輔助芯片可以是FPGA或CPLD等可編程邏輯芯片；方法Ⅱ是采用基本的CPU內(nèi)核＋附加邏輯單元，這些可以在一塊高密度可編程邏輯芯片上實現(xiàn)，CPU內(nèi)核往往為Altera和Xilinx等FPGA生產(chǎn)廠家提供的軟件模塊。以上兩種方法都需要開發(fā)人員熟悉硬件描述語言，但在實際應(yīng)用中CPU內(nèi)核以及各種IP核的使用的往往要得到產(chǎn)權(quán)許可，而且可編程邏輯芯片體積大，價格昂貴，故在一些便攜式裝置的研制中不便采用。
軟外設(shè)的設(shè)計通常是采用標準的微處理器，在滿足系統(tǒng)穩(wěn)定和系統(tǒng)負荷允許的條件下，設(shè)計中盡可能多地采用可配置的軟件模塊，用這些可配置的軟件模塊來實現(xiàn)某種外設(shè)的功能。并且可以配置、升級、重組，從而完成特定的功能。應(yīng)該說明的是，并不是所有外設(shè)的功能都能完全由軟件實現(xiàn)，這種設(shè)計方法的目的是在系統(tǒng)允許的條件下盡量“以軟代硬”，以盡可能少的硬件開銷取得最佳的性能比。
二、系統(tǒng)要求
下面給出具有軟外設(shè)的嵌入式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。
下面給出對嵌入式系統(tǒng)的要求：
（1） 高性能CPU內(nèi)核。軟外設(shè)的必須以高性能CPU內(nèi)核為支持，只有采
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