软核处理器原理与应用

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1、软核处理器PicoBlaze原理及应用何宾2011.09软核处理器PicoBlaze原理及应用-本章概述随着现场可编程门阵列功能不断增强，其应用范围扩展到了片上可编程系统领域（System-On-a-Programmable-Chip,SOPC），Xilinx公司的嵌入式解决方案以四类RISC结构的微处理器为核心，涵盖了系统硬件设计和软件调试的各个方面。四类嵌入式内核分别为：PicoBlaze、MicroBlaze、PowerPC、ARM，其中PicoBlaze和MicroBlaze是可裁剪的软核处理器，PowerPC和ARM为硬核处理器。软核处理器PicoBlaze原

2、理及应用-本章概述本章以Xilinx公司8位微控制器PicoBlaze软核处理器为核心，介绍了基于FPGA的片上可编程系统的原理及实现方法。通过本章内容的学习，重点掌握片上可编程系统的本质，理解软件和硬件的协同设计的思想以及以软件为中心的系统设计方法。PicoBlaze的8位微控制器概述--Xilinx片上可编程系统解决方案Xilinx提供了基于以下嵌入式处理器的片上可编程系统解决方案。PicoBlaze8位嵌入式软核微控制器PowerPC405/PowerPC440嵌入式硬核处理器MicroBlaze32位嵌入式软核处理器ARM嵌入式硬核处理器（未来，预计今年底）片上

3、可编程系统概论-片上MCU和专用MCU的比较这儿有很多8位的微控制器结构和指令集。现在的FPGA能高效的实现任何8位的微控制器，并且可以使用FPGA软核支持流行的指令集，比如PIC，8051，AVR，6502，8080和Z80微控制器。为什么使用PicoBlaze微控制器，而不使用更流行的指令集。PicoBlaze微控制器是专门为Sparan-3，Virtex-II和Virtex-IIProFPGA结构设计和优化。它紧凑而强大的结构，比可比较的流行的8位微控制器消耗更少的FPGA资源。而且，PicoBlaze微控制器提供了在FPGA内可用的免费，源码级的VHDL文件。片

4、上可编程系统概论-片上MCU和专用MCU的比较一些独立的微控制器变种由于“过时”而导致“不好的名声”。由于PicoBlaze提供VHDL源码，这样PicoBlaze微控制器可以能未来的XilinxFPGA芯片上，使得该控制器对“过时”有更好的“免疫力”，并且可以进一步的降低成本和扩展特性。在PicoBlaze和MicoBlaze处理器出现前，微控制器存在于FPGA外部，和其它FPGA的功能进行连接，这样就限制了接口的整体性能。相比较之下，PicoBlaze微控制器充分的嵌入在FPGA内，可以灵活的，片上连接其它的FPGA资源。在FPGA内保留的信号提高了整体的性能。由于

5、使用了集成在FPGA内的单片解决方案，PicoBlaze降低了系统的成本。片上可编程系统概论-片上MCU和专用MCU的比较PicoBlaze微控制有高效的资源，因此，复杂的应用有时可以“分配”到多个PicoBlaze微控制器，其中的每个微控制器实现一个特定的功能，比如，键盘和显示控制，或者系统的管理。片上可编程系统概论-片上MCU和片上逻辑的比较在实际中，微控制器和FPGA成功的实现了任何数字逻辑功能。然而，在成本，性能和易用方面，它们有自己独特的优势。微控制器很好的适用于控制应用，特别是在较宽的变化要求方面。要求使用FPGA实现微控制器是相对固定的。相同的FPGA逻辑

6、可以被各种微控制器指令“重用”。对程序存储器的要求随着复杂度的增加而增加。使用汇编代码对控制序列或者状态机编程比在FPGA逻辑内创建相同的结构要容易的很多。片上可编程系统概论-片上MCU和片上逻辑的比较微控制器在性能方面受到限制。每个指令按顺序执行。当一个应用的复杂度增加后，要求实现应用的指令也会随着增加，系统性能就会相应的降低。相比较下，在一个FPGA内的性能是更加灵活的。比如，根据性能的要求一个算法可以顺序或者完全并行的实现。并行的实现速度会更快，但是会占用更多的逻辑资源。片上可编程系统概论-片上MCU和片上逻辑的比较嵌入在FPGA内的微控制器提供了最好的解决方案。

7、在FPGA内的微控制器实现非“苛刻”时序要求的复杂控制功能，可以用其它FPGA逻辑更好的实现“苛刻”时序或数据通道功能。比如，一个微控制器不能响应ms级内的事件，而FPGA逻辑在几十个ns时间内，能响应多个同步事件。反过来，一个微控制器在执行格式或者协议转换方面成本较低，并且比较简单。表10.1给出了PicoBlaze微控制器和FPGA逻辑在各方面进行比较的优势和缺点。片上可编程系统概论-片上MCU和片上逻辑的比较PicoBlaze的8位微控制器概述--主要特点Xilinx的PicoBlaze是一个8位RISC（精简指令集计算机）的微控制