为FPGA软处理器选择操作系统

　　在过去几年中，嵌入式应用中采用的32位处理器平台的性能和功能得到了极大增强。今天，即使软处理器，如LatticeMico32提供达到50至100 DMIPS的计算能力。随着可用资源的性能和功能的增强，提供丰富的功能集和抽象层的操作系统已成为一种可行的可选嵌入式解决方案。UNIX提供了非常丰富的编程环境，对多处理器的应用有相当的规模，以及在网络的应用方面拥有丰富的历史。通过文件操作，它提供了一个统一的设备抽象层，使平台之间的应用可以快速移植。一些UNIX版本也可获取开放源代码授权：Linux是最著名的变种，有非常庞大的用户群体和许多嵌入式应用(如WLAN路由器，打印机，VoIP电话)。Linux系统甚至对不包括MMU (内存管理单元)的处理器提供了有限的支持。各种BSD (伯克利软件分发)版本可能不太为人所知，但它们在许可证上限制较少。

　　一些实时扩展为Linux提供了在Linux执行层的顶部(或者说，下面)的最佳的软实时层。RT/ Linux、 RTAI和Xenomai是实时扩展的例子。通过多种已知的API从其他的RTOS (在Xenomai，此功能被称为“skins”)，一些实时层输出其功能 。

　　Linux系统提供了丰富的应用，可以很容易地集成到一个嵌入式应用程序，如Web服务器，协议栈，数据库引擎，图形库和网络管理。这些功能可以添加到任何嵌入式应用，而不需要“从草图”开发。随着Linux的先进I/O子系统的出现，和全面支持的非易失存储技术(从闪存到SATA硬盘) ，甚至可以集成“大”的应用(如在NAS应用中，跟踪照片的数据库应用)。

　　广泛使用的操作系统技术，例如Linux，其中一个最大的好处是在互联网上可获取大量的可用信息，有许多专业设计公司可以提供专业服务。虽然源代码的许可证是免费的，Linux的复杂性和大小会压垮许多用户。在这种情况下，专门设计公司，如Theobroma Systems可提供专业支持，培训和总承包设计服务。重要的是要记住，“开放源代码组织”并不能给你提供工业质量的支持，只有有经验的工程人员才行。

　　使用FPGA解决方案时，有与大型操作系统如Linux相关的性能和响应时间方面的问题，可以用硬件实现。在这种情况下，操作系统功能作为一种资源监管，大部分关键时间工作用硬件来完成。这个方法的一个例子是在UART内利用一个大的FIFO，以减少至操作系统 的中断次数。当然，此方法有一定的局限性和复杂性，但与一个专用的CPU芯片相比，有更多的灵活性。

　　另一方案：使用可编程逻辑

FPGA为系统设计者提供了一系列的权衡选择，这是现有的ASIC/ASSP解决方案无法提供的。正如图1所示 ，当一个处理器集成至FPGA时，设计者可以各种方式实现功能例如：

　　* 软件控制硬件

　　* 仅软件

　　* 软件功能，控制或数据流，通过硬件加速(SW/HW）

* 仅硬件，与CPU没有直接的互动，但是硬件可与任何功能进行交互。

　　图1 FPGA中的多种选择