edk

嵌入式系統經歷了從單片計算機、工業控制計算機、集中分佈式控制系統，發展到嵌入式的平台的幾個階段：從獨立單機使用發展到聯網設備；從以模擬電路為主發展到以數字電路為主、數/模混合型，進而進入全數字時代。總的來説，嵌入式系統向着更高性能、更小體積、更低功耗、更廉價、無處不在的方向發展。嵌入式系統的設計和實現朝着基於芯片，特別是片上可編程系統（SOPC）的方向發展。

嵌入式開發套件（EDK）是用於設計嵌入式可編程系統的全面解決方案。該套件包括嵌入式軟件工具（Platform Studio）以及嵌入式IBM PowerPC硬件處理器核和/或Xilinx MicroBlaze軟處理器核進行Xilinx平台FPGA設計時所需的技術文檔和IP。注意，這裏的嵌入式軟件工具指用來產生、編輯、編譯、鏈接、加載和調試高級編程語言（通常是C或C++）代碼的工具，以便在處理器引擎上執行。

由於嵌入式系統涉及了軟件和硬件的開發以及兩者的綜合設計，因此其開發是較為複雜的。Xilinx為了簡化基於FPGA的嵌入式開發流程，提供了功能強大、操作簡單的工具集：集成軟件環境——ISE；嵌入式開發套件——EDK。（註釋：ISE 是Xilinx 公司FPGA 邏輯設計的基礎。在這個環境中，設計者可以進行約束文件的編寫，時序分析，邏輯佈局佈線以及器件編程等。）

EDK自帶了許多工具和IP，可以用來設計完整的嵌入式處理器系統，主要包括Xilinx 平台工作室XPS和軟件開發套件SDK。需要注意的是：只有安裝了ISE軟件，才能正常運行EDK，且二者的版本要一致。

EDK的組成模塊有：

1．Xilinx 平台工作室（Xilinx Platform Studio，XPS）

XPS 是用來設計嵌入式處理器系統硬件部分的開發環境或GUI，是系統設計者構建 Xilinx嵌入式系統時必用的工具套件。在XPS中，可以完成嵌入式系統架構的創建、軟件代碼的編寫、設計的編譯以及FPGA芯片的硬件配置。

2．軟件開發套件（Software Development Kit，SDK）

SDK是集成的開發環境，基於Eclipse。它支持C/C++，用於嵌入式軟件應用的開發和驗證。

3．其它EDK部分

EDK還包括其它的一些部分，如：用於Xilinx嵌入式處理器的硬IP；用於嵌入式軟件開發的驅動和庫；在MicroBlaze和PowerPC處理器上用於C/C++軟件開發的GNU編譯器和調試器；有關文檔以及一些工程樣例等。

Xilinx的嵌入式開發套件EDK帶有許多的工具和IP，可以用來設計完整的嵌入式處理器系統，並在Xilinx FPGA芯片上運行。EDK中包含了開發硬件和軟件所必須的全部工具，可以很方便的添加系統自帶的IP核和用户自定義的IP核，可以通過調用ISE等其他工具實現佈局佈線，時序優化等等。可以調用GDB對應用程序進行板上調試及虛擬平台調試。

一個完整的嵌入式設計流程包括硬件設計和調試、軟件設計與調試，各個步驟相對獨立但又相輔相成。由於嵌入式應用場合多樣，且軟、硬件都可裁剪，因此並不是每個設計都要完成所有的步驟。圖1中為基於EDK 的嵌入式設計的簡化流程圖。

通常，ISE FPGA 開發軟件在後台運行，XPS 工具調用ISE 軟件提供的功能。XPS 主要用來嵌入式處理器硬件系統的開發。微處理器、外圍設備以及這些組件之間的連接問題，另外還有它們各自的屬性設置都在XPS 裏進行。簡單的軟件開發可以在XPS 裏完成，而對於更復雜的應用開發和調試，Xilinx 則推薦使用SDK 工具。硬件平台的功能驗證可以通過硬件描述語言HDL 仿真器完成。XPS 提供了行為級、結構級以及定時精確級等三種類型的仿真。驗證過程結構由XPS 自動產生，其中包括了仿真的HDL 文件。設計者只需要輸入時鐘時序、重配置信息以及一些應用代碼即可。仿真細節將在下面的內容中進行相關講述。完成設計後，在XPS 中將FPGA 比特流和可執行可鏈接格式文件下載，就可以進行目標器件的配置。

完整的EDK 開發流程如圖2所示，其主要步驟有：1. 創建硬件平台：利用XPS 的板級開發包嚮導（BSB Wizard）快速構建設計的硬件平台，是EDK 設計的第一步。

2. 添加IP Core 以及用户定製外設：在XPS 中添加所需的IP Core，對於XPS 庫中缺少的模塊，需要用户自行設計。同樣，XPS 提供了建立用户自定義外設的嚮導，可簡化該過程。

3. 生成仿真文件並測試硬件系統：生成硬件系統的仿真文件，可選擇行為級、結構級以及時序級仿真，利用ModelSim等工具測試系統，特別是用户自定義的外設；如果測試失敗，需要返回上一步修改。

4. 生成硬件比特流：生成硬件網表和比特流文件，這個步驟類似於傳統FPGA 設計的綜合、佈局佈線、生成編程文件這3 個操作。

5. 開發軟件系統：針對軟件需求編寫硬件代碼，確定軟件的操作系統、庫、外設驅動等屬性，針對每個應用軟件工程，設置編譯器、優化級別、使用的連接文件等信息。等設置完成後，編譯生成.elf 格式的可執行代碼。

6. 合併軟、硬件比特流：編譯軟件後，需要將軟、硬件可執行文件合併在一起，生成最終的二進制比特文件。

7. 下載：使用JTAG編程電纜或編程器將更新後的最終比特流燒寫到 FPGA、PROM、FLASH以及CF 卡。

8. 在線調試：可利用XMD工具或ChipScope 工具調試，通過JTAG編程電纜在線調試，下載可執行軟件代碼、控制執行，並監控相關信息。

如前所述，最終下載到FPGA 的嵌入式比特流文件是軟、硬件比特流合併在一起的，詳細的組成部分如圖3所示。硬件部分比特流包括MHS 文件、用户自定義HDL 代碼，二者經過綜合實現後，產生.ngc 網表，生成硬件系統的比特流文件；軟件系統包括 MSS 文件、用户.c/cpp/asm文件，通過GCC 編譯器，生成目標文件.obj，再經過連接合成軟件系統的比特流文件；最後通過Data2MEM過程，將軟、硬件比特流合成完整系統比特流文件，通過JTAG鏈路下載到FPGA 芯片中。

安裝時候需要版本搭配，如ISE8.1搭配EDK8.1。首先，説説使用EDK加入用户設計的IP。

1、啓動XPS（xilinx platform studio），生成一個processor system，其中可以選擇處理器，硬IP（powerpc）或軟IP（microblaze），以及可選的IP（BRAM、UART）等。如果這個階段拿不定不要什麼IP，以後添加刪除都可以。

2、啓動Create and Import Peripheral Wizard，創建IPIF，選擇需要的屬性，如是否包括FIFO、DMA等，系統會自動創建HDL文檔模板，用户只需要添加用户程序部分。同coreconnect總線連接部分不用用户操心。

3、使用ISE的Project Navigator，打開第二步生成的.npl文件，添加入自己的代碼，在ISE裏進行編譯。

4、如果需要，進行BFM（總線功能模型）仿真

5、若在第三步裏，用户對接口有修改，需要重新啓用Create and Import Peripheral Wizard，來生成EDK接口（.pao/.mpd文件）

6、使用XPS - Add/Edit Core Dialog，添加用户IP到第一步的工程中

7、使用XPS生成IP driver。

8、編譯、下載bit文件到開發板。