基于fpga的可编程嵌入式开发初步

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1、第八章基于FPGA的可编程嵌入式开发初步可配置嵌入式系统Xilinx嵌入式开发系统MicroBlazePowerPCIP和及驱动EDK软件XPS软件的基本操作可配置嵌入式系统FPGA在嵌入式系统中获得广泛应用状态机模式：可以无外设、无总线结构和无实时操作系统，达到最低的成本，应用于VGA、LCD控制等，根据用户设计可达到不同的性能。单片机模式：包括一定的外设，可以利用实时操作系统和总线结构，以中等的成本，应用于控制和仪表，达到中等的性能。定制嵌入模式：高度集成扩充的外设，实时操作系统和总线结构，达到

2、高性能，应用于网络和无线通信等。采用90nm生产工艺之后，FPGA器件处理能力更强，且成本低、功耗少，已取代了相当数量的中小规模ASIC器件和处理器，使嵌入式系统具备片上系统（SOC）的规模和动态可编程的能力，具有明显的优势，成为嵌入式应用的主力军之一。可配置嵌入式系统Xilinx解决方案PicoBlaze：8位处理器软核，用汇编语言编写的程序经过编译后放入FPGA的BlockRam存储区。MicroBlaze：32位流水线RISC结构，包含32个32位通用寄存器和1个可选的32位移位寄存器，时钟

3、可达150MHz。PowerPC：32位PowerPC嵌入式环境架构。VirtexIIPro、Virtex4、Virtex5系列部分芯片中集成了2~4个PowerPC405处理器核。可配置嵌入式系统开发工具嵌入式开发套件（EDK）：用于设计嵌入式可编程系统的全面的解决方案，该套件包括了嵌入式软件工具（PlatformStudio）以及嵌入式IBMPowerPC硬件处理器核和/或XilinxMicroBlaze软处理器核进行Xilinx平台FPGA设计时所需的技术文档和IP。Xilinx公司提供了大量

4、的硬件平台（评估板），提供了大量的软、硬件设计参考。Xilinx嵌入式开发系统MicroBlaze支持CoreConnect总线的标准外设集合；RISC架构，哈佛结构32位指令和数据总线最精简的核只需要将近400个Slice。Xilinx嵌入式开发系统MicroBlaze通用寄存器特殊寄存器PC、MSRXilinx嵌入式开发系统MicroBlaze指令集A型指令：两个源寄存器和一个目的寄存器，完成寄存器到寄存器间的数据运算；B型指令：一个源寄存器、一个目的寄存器和一个16位的立即数，进行寄存器和立即

5、数间的数据运算。Xilinx嵌入式开发系统MicroBlaze三级流水Xilinx嵌入式开发系统PowerPC采用CoreConnect技术，可运行在100-133MHz的高带宽64位总线；独立的指令缓存和数据缓存、1个JTAG端口、TraceFIFO、多个定时器和一个内存管理单元（MMU）；集成了辅助处理器单元控制器（APU），可直接控制FPGA架构内的硬件指令协处理；不占用FPGA内部任何逻辑资源。Xilinx嵌入式开发系统Xilinx嵌入式开发系统PowerPC通用寄存器Xilinx嵌入式开发

6、系统PowerPC专用寄存器：计数寄存器、连接寄存器、调试资源、计数器、中断寄存器等。多数是应用程序不能访问的。机器状态寄存器：处理器的工作状态，允许用户修改。条件寄存器：可分为8个区域（CR0-CR7），每区域包含4个比特，可用于控制所有的条件分支。应用软件可访问所有的CR数值。芯片控制寄存器：配置、控制和读取外部处理器，可在特殊软件中通过mtdcr和mfdcr指令来访问。Xilinx嵌入式开发系统PowerPC指令集执行指令的速度接近每周期执行一条指令Xilinx嵌入式开发系统PowerPC五级

7、流水取指、译码、执行、写回、加载写回Xilinx嵌入式开发系统常用的IP核以及设备驱动通用I/O设备中断控制器设备定时器外部存储器控制器以太网、串口等通信设备均以IPCore的形式给出，信号、时序、函数参见9.2.3节。Xilinx嵌入式开发系统嵌入式系统设计方案MicroBlaze系统架构Xilinx嵌入式开发系统嵌入式系统设计方案PowerPC系统架构Xilinx嵌入式开发系统系统地址分配MicroBlaze：32位地址，其中0x0000_0000~0x0000_0017用于特殊处理，0x000

8、0_0018~0xFFFF_FFFF是用户可用的部分，LMB存储器从地址0x0000_0018开始。PowerPC：32位地址，其中每一个PowerPC都有其系统引导（boot）区，地址为0xFFFF_FFFC，缺省的可用空间为0xFFFF_0000~0xFFFF_FFFF。EDK软件嵌入式开发套件EmbeddedDevelopmentKit（EDK）自带了许多工具和IP，可以用来设计完整的嵌入式处理器系统；包括Xilinx平台工作室XPS和软件开发套件SDK；只有安