1. 概述
傳 統(tǒng)的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計的主要目標(biāo)是找到一種優(yōu)化的體系結(jié)構(gòu)來完成單一的，特定的功能。對這樣的系統(tǒng)來說，ASIC和核心處理器是作為特別的構(gòu)件模塊加以考慮 的：設(shè)計者根據(jù)應(yīng)用的要求選擇適當(dāng)?shù)腁SIC，根據(jù)給定的性能要求比如處理器主頻，系統(tǒng)穩(wěn)定性，以及對功耗的要求等選用適當(dāng)?shù)奶幚砥鲀?nèi)核。
然而，在當(dāng)今移動通信已經(jīng)進入每個人的生活的今天，現(xiàn)在的嵌入式系統(tǒng)比如PDA等已經(jīng)不同于傳統(tǒng)意義上的嵌入式系統(tǒng)了，它們有自己的獨特特點?？陀^需要要求它們能夠支持多種應(yīng)用功能如網(wǎng)頁瀏覽，播放音頻/視頻文件，以及進行無線網(wǎng)絡(luò)通信等。
這樣看來，傳統(tǒng)的設(shè)計思路因為只面向單一的應(yīng)用，無法滿足多應(yīng)用嵌入式系統(tǒng)的需求。而解決這一問題的良好途徑便是向嵌入式系統(tǒng)引入可編程能力，以使得系統(tǒng)能夠根據(jù)用戶的不同要求實現(xiàn)對不同應(yīng)用的支持。
為了向系統(tǒng)中引入可編程能力，我們考慮在系統(tǒng)中嵌入FPGA，因為FPGA具有下列特點，使得它成為我們的首選：
1.現(xiàn)在的FPGA的處理能力和邏輯容量已經(jīng)接近于專用ASIC，功耗也比較低，能夠滿足我們系統(tǒng)設(shè)計的要求；
2.由于FPGA具有的可重編程能力，使用了FPGA的嵌入式系統(tǒng)能夠滿足各種不同的應(yīng)用要求；
從 嵌入式系統(tǒng)管理的角度來說，對網(wǎng)絡(luò)通信的支持也是很有必要的，也是很有特色的一個應(yīng)用，因為它使得從遠(yuǎn)端服務(wù)器下載新的應(yīng)用程序并在本地運行成為可能。為 實現(xiàn)對這個功能的支持，我們采用Java作為軟件平臺。因為Java運行在Java虛擬機之上，它能夠下載并執(zhí)行新的應(yīng)用程序代碼，并且無需在下載后重新 啟動系統(tǒng)。
綜上所述，這個新的嵌入式系統(tǒng)是基于Java的，有一個FPGA和標(biāo)準(zhǔn)處理器相連。我們通過網(wǎng)絡(luò)下載Java代碼和可以對 FPGA進行編程的比特流。該系統(tǒng)也支持對FPGA的動態(tài)重新配置。為了實現(xiàn)硬件（FPGA）和軟件（Java應(yīng)用程序代碼）之間的通信，又定義了一組本 地API，以使得從Java應(yīng)用層能夠訪問到底層的硬件。為了調(diào)用這些本地API，采用了Java本地接口（JNI）。在本文中，將一些Java函數(shù) （Javamethod）用FPGA可編程硬件來實現(xiàn)，稱之為硬件方法（HW method）。
2. 系統(tǒng)設(shè)計
實現(xiàn)一個Java函數(shù)功能的對應(yīng)的硬件方法實現(xiàn)的邏輯結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。
輸入緩存和輸出緩存分別用來接收輸入?yún)?shù)和存儲輸出結(jié)果?？刂凭彺嬗糜趯τ布椒ǖ目刂坪蜋z測，比如向硬件方法發(fā)出啟動指令，檢查其所處的狀態(tài)并判斷操作是否完成等。該模塊中的所有緩存都映射到處理器物理地址空間中，處理器可以使用正常的讀寫指令完成對這些緩存的訪問。
圖2是該嵌入式系統(tǒng)的硬件平臺，由一個標(biāo)準(zhǔn)處理器，一個FPGA和一個系統(tǒng)存儲單元構(gòu)成。它們之間通過共享的系統(tǒng)總線連接在一起。
當(dāng) 處理器向一個硬件方法發(fā)出讀寫操作指令時，該硬件方法在其自己的地址解碼器的幫助下向數(shù)據(jù)總線上發(fā)送對應(yīng)的響應(yīng)信號。在這里，我們可以認(rèn)為是處理器發(fā)起的 硬件/軟件通信指令，而FPGA則是作為一個從屬單元做出回應(yīng)。因為在處理器發(fā)起初始指令后，就由可配置管理器來負(fù)責(zé)管理FPGA編程。這樣一來，就實現(xiàn) 了處理器和FPGA的并行運行。
如圖3所示，我們選擇Java作為軟件平臺，并且裝載了一個嵌入式操作系統(tǒng)為Java實時應(yīng)用程序提供基本的服務(wù)，比如線程和其它硬件管理等。
通過系統(tǒng)管理器，可以從遠(yuǎn)程服務(wù)器下載Java應(yīng)用程序。系統(tǒng)管理器主要實現(xiàn)了下面3種協(xié)議：
1． 應(yīng)用程序代碼（包括可對FPGA進行編程的比特流）下載協(xié)議；
2． 用于遠(yuǎn)程管理的系統(tǒng)維護相關(guān)的協(xié)議；
3． 控制對嵌入式系統(tǒng)訪問權(quán)限的認(rèn)證協(xié)議。
系統(tǒng)管理器包括基于socket連接的客戶端類加載器。遠(yuǎn)端應(yīng)用程序可以下載到本地并按照下面的過程執(zhí)行： 大功率電感廠家 |大電流電感工廠
