嵌入式cpu软核综述new

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1、第32卷第7期计算机工程2006年4月Vol.32№7ComputerEngineeringApril2006·发展趋势/热点技术·文章编号：1000—3428(2006)07—0006—04文献标识码：A中图分类号：TP302嵌入式CPU软核综述孙恺，王田苗，魏洪兴，陈友东(北京航空航天大学机械工程及自动化学院机器人研究所，北京100083)摘要：随着FPGA和SoPC(SystemonProgrammableChip)技术的迅速发展，基于FPGA的嵌入式系统得到了广泛的研究和应用。该文针对目前比较有影响和特点的4款嵌入式CPU软核Nios/Nios2、Mic

2、roBlaze、Leon2/Leon3和OpenRISC1200进行了性能分析和对比，最后分析了各个CPU软核的特点。关键词：嵌入式系统；CPU；软核；FPGASummaryofEmbeddedCPUSoft-coreSUNKai,WANGTianmiao,WEIHongxing,CHENYoudong(RoboticsInstitute,SchoolofMechanicalEngineering&Automation,BeijingUniversityofAeronauticsandAstronautics,Beijing100083)【Abstract】Wi

3、ththerapiddevelopmentofFPGAandSoPC(systemonprogrammablechip)technology,embeddedsystembasedonFPGAisresearchedandusedwidely.FourinfluentialanddistinctiveCPUsoft-cores:Nios/Nios2,MicroBlaze,Leon2/Leon3andOpenRISC1200arecomparedbyperformanceinthispaper.Andatlast,characteristicsofthosesof

4、t-coresareanalyzed.【Keywords】Embeddedsystem;CPU;Soft-core;FPGA1概述要在100万美元左右。ASIC的设计周期也越来越长，一次流嵌入式系统的硬件通常包括CPU、存储器和各种外设器片成功的概率大大减小，这些因素导致基于ASIC的产品只件，其中CPU是系统的核心，其重要性不言而喻。随着FPGA有在产量达到相当规模的时候才能平衡前期的投资。和SoPC技术的发展，基于FPGA的嵌入式系统与传统的基由于FPGA设计是以软核的设计和使用为主的，因此随于ASIC技术的嵌入式系统相比，具有设计周期短、产品上着基于FPG

5、A的嵌入式系统的设计技术和市场的成熟，嵌入市速度快、设计风险和设计成本低、集成度高、灵活性大、式CPU软核的大量应用成为可能。目前市场上已经有几百种维护和升级方便、硬件缺陷修复和排除简单等优点。但是基嵌入式处理器，每种处理器的性能、接口和配套外设往往不于FPGA的嵌入式系统的应用一直受到FPGA器件的成本、同。如何选择一个适合应用需求的处理器是嵌入式开发人员容量、功耗等问题的困扰。随着FPGA设计和制造技术的发面对的一个最大的挑战。目前比较有影响和特点的4款嵌入展，以上问题逐步得到解决。式CPU软核分别是Nios/Nios2、MicroBlaze、Leon2/L

6、eon3现在，FPGA已经代替存储器成为推动IC制造技术发展和OpenRISC1200，下面对它们进行一下分析和比较。的主要动力。Xilinx的SpartanIII器件采用了90nm、300nm2Nios/Nios2的工艺，并很快推出了采用相应工艺制造的器件。就可用逻Nios/Nios2由Altera公司推出，由于Altera公司的大力辑门和I/O的数量来说，新型FPGA可轻松满足100万门级推广，是目前应用最为广泛CPU软核，成为事实上的工业标SoC系统的要求。除了逻辑门和I/O数量，SpartanIII系列准之一。Nios系列处理主要应用在网络、通信、数字信

7、号处FPGA还可以提供近2M位的块RAM和104个硬连线的18理、海量存储、工业控制和消费类电子产品中。Nios出现于×18乘法器，而VirtexIIProFPGA则可提供高达10M位块2000年，专门针对Altera的FPGA进行了优化，是一种可配RAM和556个乘法器，这些对于DSP系统的实现非常关键。置的16/32位RISC处理器，采用5级流水线，哈佛结构，其同时，FPGA的成本在迅速降低。Xilinx的100万门级的特点有3个。Spartan-3，批量价格低于12美元。Altera的Cyclone系列FPGA(1)有16位和32位两个版本，两种版本的指令

8、集都是16每1000个逻