1.3 CoreConnect的總線結構^[3]
    總線互連是片上系統(tǒng)的一項關鍵技術。本系統(tǒng)采用了CoreConnect的總線結構。該總線結構是IBM公司開發(fā)的一種片上通信的總線互連技術。它的應用使得系統(tǒng)核、外設核、處理器核的復用、連接變得更加容易。這里，系統(tǒng)核是針對PLB總線上的功能IP模塊的，而外設核是針對OPB總線上的功能模塊的。CoreConnect總線互連是由本地邏輯總線PLB（Peripheral Logic Bus）、片上外圍總線 OPB（On chip Peripheral Bus）、一個總線橋、兩個判決器，以及設備控制總線DCR（Device Control Register構成的，其結構如圖2所示。

2 基于Linux的SoPC系統(tǒng)構建
    系統(tǒng)的構建包括，硬件平臺的搭建和Linux操作系統(tǒng)的移植。首先進行項目需求分析，決定實現(xiàn)系統(tǒng)需要的硬件IP核，繼而搭建硬件平臺。硬件平臺構建完成之后，利用EDK軟件生成相關的硬件參數(shù)文件和設備驅(qū)動文件。用戶需要利用生成的文件構建Linux內(nèi)核，同時需要構建適用于內(nèi)核的根文件系統(tǒng)，最后在構建完成的操作系統(tǒng)的基礎上開發(fā)所需功能的應用程序接口。其中根文件系統(tǒng)的構造要考慮內(nèi)核中提供的服務和功能以及應用程序所需的系統(tǒng)命令等。同樣所要實現(xiàn)的應用功能又影響著內(nèi)核服務和功能的選擇。根文件系統(tǒng)、應用程序接口以及內(nèi)核三者是互相影響的。具體的構建流程圖如圖3所示。

2.1 利用EDK搭建硬件系統(tǒng)
    利用EDK8.2軟件搭建硬件系統(tǒng)，因為基于Linux的操作系統(tǒng)設計中，CPU、RAM和總線是必須的。由于芯片內(nèi)部的BRAM只有128kb/s, 而下載Linux內(nèi)核的.elf文件通常遠大于這個容量，因此需要使用外部的存儲單元。本文使用opb_sdram存儲控制模塊實現(xiàn)此功能。本文使用Uart16550控制模塊，能方便地通過RS232端口觀察測試的結果。為滿足本文應用的需要，可以使用Uartlite模塊實現(xiàn)RS232的COM2端口和外部設備通信的功能。添加Ethernet_Mac的IP模塊，可使用以太網(wǎng)端口將開發(fā)板連接到網(wǎng)絡上。為了調(diào)試的方便，可以加入GPIO模塊。通過GPIO控制LED燈，可顯示系統(tǒng)狀態(tài)。若選擇應用程序初始化硬件，當bit數(shù)據(jù)下載到FPGA系統(tǒng)正常運行時，可以觀察到LED燈被點亮。另外，根據(jù)設計需求，也可以掛載用戶定制的IP，以處理用戶的特定的需求。
    選擇參數(shù)時，可以使用默認值，而存儲器參數(shù)可以選擇容量大一些的。使用的PowerPC 405硬核，PPC的工作頻率設置為100MHz, 參考時鐘和系統(tǒng)的總線頻率也分別設置為100MHz；使用的BRAM模塊IBRAM和DBRAM速率分別設置為64Kb/s。最終定制的SoPC硬件系統(tǒng)如圖4所示。

2.2  SoPC的Linux系統(tǒng)構建
    在SoPC的硬件系統(tǒng)構建完成之后，利用EDK軟件生成的板級支持包（BSP）配置編譯內(nèi)核。BSP包含了所選定處理器架構的屬性文件以及相關硬件的驅(qū)動源文件。將這些文件加入到Linux內(nèi)核中，然后配置內(nèi)核選項選擇對應的處理器架構、所選硬件的驅(qū)動模塊以及需要的其他內(nèi)核模塊，之后再對完成配置的內(nèi)核進行編譯，生成Linux的內(nèi)核image文件。
    生成內(nèi)核image文件之后，還需要生成系統(tǒng)運行所需要的根文件系統(tǒng)。根文件系統(tǒng)中包含了嵌入式Linux系統(tǒng)的所有應用程序、庫以及系統(tǒng)配置等相關文件。根文件系統(tǒng)中常用的程序和命令可利用開源軟件Busybox構造。構造完成之后，在Busybox生成的目錄和文件的基礎上再構造根文件系統(tǒng)的目錄樹，并添加相關設備文件和配置文件以及系統(tǒng)運行時需要的腳本文件，從而形成最終的根文件系統(tǒng)。至此,就可以將文件系統(tǒng)作為映像編譯到內(nèi)核中，也可以通過網(wǎng)絡使用NFS文件系統(tǒng)加載根文件系統(tǒng)。
3  應用舉例
    以一個多進程的嵌入式Web服務器用于實現(xiàn)控制遠程設備的的開發(fā)為例，闡述在基于Linux的SoPC系統(tǒng)上開發(fā)應用程序的過程。嵌入式Web服務器的開發(fā)包括HTTP協(xié)議裁減和具體的應用程序?qū)崿F(xiàn)。用戶可以通過向Web服務器發(fā)送CGI請求的方式使服務器通過串口和外部設備通信，達到遠程控制的目的。
3.1 HTTP協(xié)議裁減
    嵌入式Web服務器主要基于HTTP協(xié)議進行設計，而HTTP協(xié)議的實現(xiàn)又是基于TCP/IP協(xié)議棧的。在Linux內(nèi)核中，由于已經(jīng)包含了TCP/IP協(xié)議棧的完整實現(xiàn)，從而為嵌入式Web服務器的實現(xiàn)提供了很好的基礎。相對于在無操作系統(tǒng)環(huán)境的SoPC上實現(xiàn)Web服務器來說，基于Linux系統(tǒng)的開發(fā)可以節(jié)省大量的工作。
    HTTP協(xié)議是一個屬于應用層的面向?qū)ο蟮膮f(xié)議，由于其采用簡捷、快速的方式，適用于分布式超媒體信息系統(tǒng)^[4]。嵌入式Web服務器根據(jù)不同的需要，實現(xiàn)的功能也不同。相對于完整的Web服務器，它需要實現(xiàn)的功能要簡單得多^[5]。本文的嵌入式Web服務器僅實現(xiàn)協(xié)議中最常用的部分?？紤]到嵌入式系統(tǒng)的存儲空間和處理能力，對HTTP協(xié)議進行了裁減。這不僅可以提高Web服務器的效率，也可以減少占用的空間，具有積極的意義。
    當客戶機與Web服務器進行會話時，客戶機首先通過SOCKET與服務器建立連接，連接之后便向服務器提出請求，請求信息包括希望返回的文件名和客戶機信息等?？蛻魴C以請求頭(包括HTTP方法和頭字段[6])的形式將信息發(fā)送給服務器。HTTP方法常用的有GET、HEAD、POST，因此本文即采用GET、HEAD、POST三種方法。
    HTTP頭字段包括general-header、request-header、response-header、entity-header四大類,而每一類中又定義了多個類型^[6]，其中的大部分都是不常用的，所以應根據(jù)需要選定幾種類型。本文設計的服務器支持以下幾種頭類型：Date、Host、Server、Accept、Connection、Content-Type、Content-Length、Accept-Charset、 Accept-Language。
    服務器收到一個請求，就會立刻解釋請求中所用到的方法，并開始處理，處理完成之后會發(fā)送應答消息。應答消息包含了狀態(tài)碼、一些頭字段以及實體信息（即客戶請求的服務器上的資源內(nèi)容），其中HTTP協(xié)議的狀態(tài)碼也有四大類^[6]。這些狀態(tài)碼詳細說明了服務器的狀態(tài)、出錯信息以及對用戶的指示。由于嵌入式Web服務器只需向用戶提供服務，而無需向用戶反饋具體的狀態(tài)，因此，本文實現(xiàn)中只保留特定的幾種錯誤信息，而省略了大部分的狀態(tài)信息。
3.2 支持多進程的嵌入式Web服務器的實現(xiàn)
    本系統(tǒng)的設計對HTTP協(xié)議進行了裁減，然后利用Linux系統(tǒng)提供的進程調(diào)度功能、網(wǎng)絡通信功能（包括SOCKET、TCP連接等），使用C語言編寫了一個支持多進程的Web服務器。實現(xiàn)的Web服務器接收客戶端的請求，根據(jù)需要選擇發(fā)送文件通過串口和外部設備通信，并將外部設備返回的結果發(fā)送給客戶端。其功能描述如下：在指定的端口監(jiān)聽用戶的HTTP請求，對該請求進行分析解釋并執(zhí)行相應的操作；將用戶要求的內(nèi)容或者出錯信息以HTTP應答的方式返回給用戶。其中，用戶的請求分為CGI請求和非CGI請求，如果是CGI請求，則首先檢查用戶的權限和文件是否存在，然后新創(chuàng)建一個進程，并在該子進程中通過串口和外部設備通信，最后將串口返回的結果或者出錯信息傳送給Web服務器返回給用戶；如果是非CGI請求，則只進行權限和文件檢查，如果檢查通過則發(fā)送該文件，否則給出出錯信息。軟件的工作流程如圖5所示。