基于MicroBlaze嵌入式Web服务器设计的知识点主要包括以下几个方面:
1. 嵌入式系统与网络技术的结合
文章首先介绍了嵌入式系统与网络技术的结合是未来企业监控系统的一个发展趋势。嵌入式系统通过网络技术的融合可以实现智能化和网络友好的特性,提高系统的远程控制和管理能力。Web技术的飞速发展,使得通过浏览器监控现场数据和设备成为可能,使得嵌入式设备可以通过标准统一的HTML语言和浏览器与Internet无缝连接。
2. MicroBlaze软核处理器的优势
MicroBlaze是一个32位RISC架构的软核处理器,它可提供给设计者高度的灵活性。设计者可以从处理器内核开始构建适合自己需求的外设集合,这种设计方式有效避免了芯片资源的浪费,并简化了软件设计的复杂性。在技术规格发生变化时,可轻松地对处理器进行重新配置,而无需编写额外代码关闭不需要的功能。此外,系统即使在应用了5至6年之后,也可以通过简单的C代码移植到新的FPGA硬件中,极大地延长了硬件的生命周期。
3. FPGA及其IP核的应用
FPGA(现场可编程门阵列)是一种可编程逻辑器件,它允许用户在芯片上反复更改逻辑设计,从而实现硬件的升级和改进。在本文的设计中,FPGA芯片用于实现大部分功能,包括以太网接口等。文章中提到了基于IP核的设计方法,这种方法允许设计者选择符合系统需求的IP核,这些IP核可以是硬核、固核或软核。其中软核IP,如MicroBlaze处理器,是由VHDL语言描述的,提供了灵活的配置选项,如数据通路带宽和性能优化。
4. 硬件设计工具及环境
硬件设计采用了ISE(集成软件环境)和Xilinx公司的EDK(嵌入式开发套件)。ISE提供了从设计输入到器件编程的全部功能。EDK则提供了图形化界面,用于定制硬件到软件的完整系统。利用EDK可以有效地设计出满足性能要求的嵌入式系统,并且EDK能够自动生成针对特定硬件环境的C语言头文件和函数库,这极大地简化了软件开发的工作量。
5. Virtex4 FPGA系列的应用
硬件设计中选用了Xilinx的Virtex4系列FPGA芯片,这种芯片提供了较多的逻辑单元和存储空间。由于FPGA芯片具有可反复更改的特性,为硬件系统的改进和升级提供了便利。
6. 外部以太网接口芯片的使用
由于在FPGA芯片上实现以太网物理层和MAC层电路较为困难,设计中使用了LAN91C111以太网接口芯片来完成这些功能。LAN91C111芯片支持快速以太网,实现了CSMA/CD协议的物理层和媒体访问控制层,能够方便地与嵌入式处理器进行数据交换。
7. 软件设计
软件设计涵盖了操作系统移植、网络协议栈设计、文件系统生成、应用级代码编写等多个部分。本文中的Web服务器采用单一线程设计,无需实时操作系统(RTOS)支持,而是采用了EDK提供的单进程的standalone板支持包。服务器使用的是EDK内嵌的针对MicroBlaze的网络协议栈,它隐藏了低层硬件的复杂细节,使得开发人员可以更加关注于应用逻辑的实现。
基于MicroBlaze嵌入式Web服务器的设计融入了先进的嵌入式技术、网络技术、FPGA硬件配置以及软件开发等多方面知识。通过本项目的设计实施,展示了如何将这些技术集成在一起,以实现一个功能完备的网络化嵌入式系统。