Το Λειτουργικό Σύστημα Microempix/fpga Για Εφαρμογές Ενσωματωμένων Συστημάτων

Abstract

Το MicroEmpix είναι ένα Λειτουργικό Σύστημα ανοιχτού κώδικα που χρησιμοποιείται για εκπαιδευτικούς σκοπούς στο Εργαστήριο Υπολογιστικών Συστημάτων του Εθνικού Μετσόβιου Πολυτεχνείου. Το MicroEmpix έχει υλοποιηθεί για εκτέλεση σε επεξεργαστές της αρχιτεκτονικής x86 της Intel, καθώς το χαμηλού επιπέδου τμήμα του έχει γραφτεί στη συμβολική γλώσσα του επεξεργαστή 8086 ενώ το υψηλού επιπέδου τμήμα του έχει γραφτεί στη γλώσσα C. Αν και το MicroEmpix είναι σχετικά μικρό σε μέγεθος, διαθέτει τα πιο σημαντικά χαρακτηριστικά των πιο περίπλοκων Λειτουργικών Συστημάτων. Αυτά τα χαρακτηριστικά περιλαμβάνουν την πολυδιεργασία, το συγχρονισμό διεργασιών με τη χρήση σηματοφορέων και λειτουργίες Ε/Ε με τη χρήση περιφερειακών μονάδων.Σε αυτή τη Διπλωματική Διατριβή, το MicroEmpix μεταφέρθηκε στον επεξεργαστή MicroBlaze και στη συνέχεια τροποποιήθηκε και επεκτάθηκε δημιουργώντας το MicroEmpix/FPGA. Το τελευταίο μπορεί να εκτελεστεί σε Ενσωματωμένα Συστήματα βασισμένα στην τεχνολογία Field Programmable Gate Array (FPGA) και πιο συγκεκριμένα σε πλακέτες κατασκευασμένες από τη Xilinx. Η Xilinx Spartan-3E Starter Board είναι η πλακέτα στόχος και το Xilinx Embedded Development Kit (EDK) έκδοση 8.1i χρησιμοποιείται για τον προγραμματισμό της πλακέτας. Το Xilinx EDK χρησιμοποιείται μέσω του Xilinx Platform Studio (XPS), του Graphical User Interface (GUI) που το EDK παρέχει. Το MicroEmpix/FPGA υποστηρίζει τη χρήση εξειδικευμένων συνιστωσών υλικού συνδεδεμένων στη διαπροσωπεία Fast Simplex Link (FSL) του επεξεργαστή MicroBlaze, του 32-bit επεξεργαστή που χρησιμοποιείται στα Xilinx FPGAs και είναι τμήμα του Xilinx EDK. Οι εξειδικευμένες συνιστώσες υλικού μπορούν να υλοποιηθούν σε γλώσσα Verilog ή VHDL και χρησιμοποιούνται για επιτάχυνση υλικού. Εκτός από τις δυνατότητες επιτάχυνσης υλικού, το MicroEmpix/FPGA υποστηρίζει το συγχρονισμό διεργασιών με τη χρήση σηματοφορέων, λειτουργίες Ε/Ε με τη χρήση ενός Universal Asynchronous Receiver Transmitter (UART) και λειτουργίες μέτρησης με τη χρήση ενός μετρητή. Το MicroEmpix/FPGA είναι εξαιρετικά κατανοητό όσον αφορά στην υλοποίησή του και είναι, συνεπώς, σε μεγάλο βαθμό ρυθμιζόμενο και επεκτάσιμο.