導航系統SoC芯片設計方案分析

1.3 Linux系統的移植和調試

近年來Linux憑借其開源、性能優異、軟件資源豐富的優勢，在嵌入式平臺上得到了廣泛的應用。在LEON上運行的操作系統日前已經有RTEMS、 eCOS、VxWorks和嵌入式Linux。選擇嵌入式Linux的主要原用，是由于Linux的開發平臺搭建得比較完善，在工具鏈、內核移植、驅動程序以及應用程序的各層上都有很好的支持;使用Linux開發能夠大大加快開發的進度，并滿足多數應用的指標。目前，對LEON提供良好支持的Linux發行版有Snapgear。由于LEON軟核優異的可配置性和可移植性.在LEON上進行Linux的移植工作與普通定制的嵌入式微處理器相比，有很多特殊點和難點，主要表現在兩個方面。

(1)配置和編譯內核

編譯內核的目的在于，生成在目標CPU上運行的內核。由于LEON自身硬件的可配置性，Linux的源代碼中也需要加入與硬件核相關的選項進行配置。若 LEON軟核配置IP，例如硬件加速單元、加密單元或外設接口，則Linux內核中需加入驅動程序。因此，內核的配置分為兩類，一類是配置LEON軟核自身的設置，另一類是配置目標板上的其他外圍設備，例如內存系統、外設接口等。與一般的定制嵌入式CPU(如ARM體系的CPU)相比，前一類配置是 LEON獨有的。這種配置的靈話性為軟硬件平臺的定制提供了極大的方便。例如，Snapgear Embed-ded Linux根據具體需求配置硬件乘除法指令和浮點運算單元FPU：在不需要進行浮點運算的應用中，配置LEON硬件就不需配置浮點單元，相應Linux的配置中取消FPU，進而節省硬件資源和軟件的開銷。

項目中實際采取的LEON軟核配置方案為：LEON核選擇LEON2MMU或LEON3MMU，時鐘頻率為50MHz，配置硬件整數乘除法指令和FPU對應的浮點操作指令。外圍設備配置的串口的起始波特率為38 400 bps，另外，還配置了只讀存儲區ROM和隨機存取器RAM。

(2)調試內核

LEON軟核平臺調試工具有：TSIM、GRSIM和GRMON。

TSIM：SPARC架構處理器通用軟件仿真器，用于軟件仿真ERC32-和LEON微處理器。

GRSIM：LEON平臺軟件仿真器，支持多處理器平臺(MP)。

GRMON：LEON平臺硬件仿真調試器，支持基于GRLIB軟核IP的SoC設汁的硬件調試。

TSIM作為軟件模擬的VHDL模型，調試過程中常見的啟動選項設置如下：

-freq：設置TSIM模擬LEON處理器硬件的工作頻率，LEON3默認為50 MHz。

-fpm：配置模擬FPU模塊。

-nfp：針對無FPU的模擬硬件平臺關閉FPU。

一nov8：針對無硬件乘除法硬件平臺關閉硬件乘除法指令。

-pr：指定使用性能觀察器。

在TSIM-LEON平臺上進行程序的測試和調試過程中，Profiling(性能觀察器)能夠顯示程序各個分支函數以及宏在實際運行中占用的資源，從而為程序的進一步優化提供必要參考，例如某測試程序在程序運行完畢后使用pro命令得出的結果：

宏_muldf3和_adddf,3在程序運行中占用了大量時間，需進一步優化。經測試證明，通過在LEON中集成FPU消除了宏_muldf3和_adddf3，從而大幅提高浮點運算性能。

2 LEON數學運算性能及算法測試

在LEON軟核系統上移植成功Linux后，通過特定測試程序驗證LEON在數學運算上的性能，以確定是否滿足項目開發的需求。測試中對比ARM9 SC32410，分析LEON以及其集成FPU配置的性能，并根據測試結果對軟硬件配置進一步優化。由于LEON硬件配置十分靈活，因此在測試中采用了多種平臺，編譯程序的選項也有對應的設置。中斷響應、功耗等雖然也是處理器性能的重要方面，但本文尚未涉及。