SOPC在嵌入式工業以太網控制器中的應用

　　4 軟件設計

　　完成NIOS的硬件開發后，SOPC Builder可以幫助開發者生成相應的SDK（軟件開發包）。這是由于在硬件開發中的NIOS CPU及其外設構成的系統是自定制的，存儲器、外設地址的映射等都各不相同，需要的SDK也應是專有的，SOPC Builder能夠自動生成SDK。

　　在生成的SDK基礎之上，進入軟件開發流程，在這個部分，開發幾乎與通常的嵌入式系統的開發沒有區別，唯一的不同只在于，嵌入式系統是自己定制的、裁剪過的，受到硬件的局限小一些。

　　控制器的操作系統考慮到性價比以及現場控制需要，采用了uClinux。uClinux是一個完全符合GNU/GPL公約的操作系統，完全開放代碼，其是專門為控制領域而裁減設計的嵌入式操作系統。

　　uClinux 從Linux 2.0/2.4內核派生而來，沿襲了主流Linux的絕大部分特性[5]。它是專門針對沒有MMU的CPU，并且為嵌入式系統做了許多小型化的工作。適用于沒有虛擬內存或內存管理單元（MMU）的處理器。它通常用于具有很少內存或Flash的嵌入式系統。

　　在GNU通用公共許可證（GNU GPL）的保證下，運行uClinux操作系統的用戶可以使用幾乎所有的Linux API函數，不會因為沒有MMU而受到影響。由于uClinux在標準的Linux基礎上進行了適當的裁剪和優化，形成了一個高度優化的、代碼緊湊的嵌入式Linux，雖然它的體積很小，uClinux仍然保留了Linux的大多數的優點:穩定、良好的移植性、優秀的網絡功能、完備的對各種文件系統的支持、以及標準豐富的API等。在開發應用程序之前，先將uClinux移植到NIOS處理器中來。

　　特別的為了應用到工業實時領域，本文進一步增強uClinux的實時性。

　　整個嵌入式工業以太網控制器具有以下特點:

　　控制器具有很高的靈活性。這是本文設計的以太網控制器的最大特點。由于微處理器采用Altera公司的NIOS，使得系統資源能夠靈活調配，并且克服了采用其它處理器中存在的接口速率瓶頸的缺點，適應工業以太網實時數據的要求。

　　控制器具有很高的集成度。由于NIOS具有豐富的接口資源，而uClinux裁減后體積非常小，而且具備以太網功能，這樣可以很容易實現控制器的微型化、Internet化;

　　控制器具有很高的實時性。在設計硬件和軟件時都充分考慮了系統的實時性。硬件設計中采用了高速的A/D（500khz）和多路D/A輸出，使得關鍵信號能及時采樣和輸出，保證了“硬實時”;操作系統中加入了RTlinux模塊，保證了“軟實時”。

　　5 實際應用

　　針對某企業生產現場需要，將該型控制器應用到基于以太網的控制系統中。針對現場對網絡可靠性參數的嚴格要求，在控制層網絡改進傳統以太網拓撲結構。采用環形網絡拓撲，可以增加網絡的可靠性。

　　而解決網絡的實時性問題則采用了控制區域（Control Domain）概念，將控制現場分區，減少各個控制區資源競爭的情況。而控制區域之間的是通過交換式以太網交換機來通信。