基于FPGA的可編程嵌入式開發(fā)初步.pptVIP

第八章 基于FPGA的可編程嵌入式開發(fā)初步,可配置嵌入式系統(tǒng) Xilinx嵌入式開發(fā)系統(tǒng) MicroBlaze PowerPC IP和及驅(qū)動(dòng) EDK軟件 XPS軟件的基本操作,可配置嵌入式系統(tǒng),FPGA在嵌入式系統(tǒng)中獲得廣泛應(yīng)用 狀態(tài)機(jī)模式：可以無外設(shè)、無總線結(jié)構(gòu)和無實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，達(dá)到最低的成本，應(yīng)用于VGA、LCD控制等，根據(jù)用戶設(shè)計(jì)可達(dá)到不同的性能。 單片機(jī)模式：包括一定的外設(shè)，可以利用實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)和總線結(jié)構(gòu)，以中等的成本，應(yīng)用于控制和儀表，達(dá)到中等的性能。 定制嵌入模式：高度集成擴(kuò)充的外設(shè)，實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)和總線結(jié)構(gòu)，達(dá)到高性能，應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)和無線通信等。 采用90nm生產(chǎn)工藝之后，F(xiàn)PGA器件處理能力更強(qiáng)，且成本低、功耗少，已取代了相當(dāng)數(shù)量的中小規(guī)模ASIC器件和處理器，使嵌入式系統(tǒng)具備片上系統(tǒng)（SOC）的規(guī)模和動(dòng)態(tài)可編程的能力，具有明顯的優(yōu)勢(shì)，成為嵌入式應(yīng)用的主力軍之一。,可配置嵌入式系統(tǒng),Xilinx解決方案 PicoBlaze：8位處理器軟核，用匯編語言編寫的程序經(jīng)過編譯后放入FPGA的BlockRam存儲(chǔ)區(qū)。 MicroBlaze：32位流水線RISC結(jié)構(gòu)，包含32個(gè)32位通用寄存器和1個(gè)可選的32位移位寄存器，時(shí)鐘可達(dá)150MHz。 PowerPC：32位PowerPC嵌入式環(huán)境架構(gòu)。Virtex II Pro、Virtex 4、Virtex 5系列部分芯片中集成了24個(gè)PowerPC 405處理器核。,可配置嵌入式系統(tǒng),開發(fā)工具 嵌入式開發(fā)套件（EDK）：用于設(shè)計(jì)嵌入式可編程系統(tǒng)的全面的解決方案，該套件包括了嵌入式軟件工具（Platform Studio）以及嵌入式 IBM PowerPC硬件處理器核和/或Xilinx MicroBlaze軟處理器核進(jìn)行Xilinx平臺(tái)FPGA設(shè)計(jì)時(shí)所需的技術(shù)文檔和IP。 Xilinx公司提供了大量的硬件平臺(tái)（評(píng)估板），提供了大量的軟、硬件設(shè)計(jì)參考。,Xilinx嵌入式開發(fā)系統(tǒng),MicroBlaze 支持CoreConnect總線的標(biāo)準(zhǔn)外設(shè)集合 ； RISC架構(gòu)，哈佛結(jié)構(gòu)32位指令和數(shù)據(jù)總線 最精簡(jiǎn)的核只需要將近400個(gè)Slice 。,Xilinx嵌入式開發(fā)系統(tǒng),MicroBlaze 通用寄存器 特殊寄存器 PC、MSR,Xilinx嵌入式開發(fā)系統(tǒng),MicroBlaze 指令集 A型指令 ：兩個(gè)源寄存器和一個(gè)目的寄存器，完成寄存器到寄存器間的數(shù)據(jù)運(yùn)算 ； B型指令：一個(gè)源寄存器、一個(gè)目的寄存器和一個(gè)16位的立即數(shù)，進(jìn)行寄存器和立即數(shù)間的數(shù)據(jù)運(yùn)算。,Xilinx嵌入式開發(fā)系統(tǒng),MicroBlaze 三級(jí)流水,Xilinx嵌入式開發(fā)系統(tǒng),PowerPC 采用CoreConnect技術(shù)，可運(yùn)行在100-133MHz的高帶寬64位總線 ； 獨(dú)立的指令緩存和數(shù)據(jù)緩存、1個(gè)JTAG端口、Trace FIFO、多個(gè)定時(shí)器和一個(gè)內(nèi)存管理單元（MMU）； 集成了輔助處理器單元控制器（APU），可直接控制FPGA架構(gòu)內(nèi)的硬件指令協(xié)處理 ； 不占用FPGA內(nèi)部任何邏輯資源 。,Xilinx嵌入式開發(fā)系統(tǒng),Xilinx嵌入式開發(fā)系統(tǒng),PowerPC 通用寄存器,Xilinx嵌入式開發(fā)系統(tǒng),PowerPC 專用寄存器：計(jì)數(shù)寄存器、連接寄存器、調(diào)試資源、計(jì)數(shù)器、中斷寄存器等 。多數(shù)是應(yīng)用程序不能訪問的。 機(jī)器狀態(tài)寄存器：處理器的工作狀態(tài)，允許用戶修改。 條件寄存器：可分為8個(gè)區(qū)域（CR0-CR7），每區(qū)域包含4個(gè)比特，可用于控制所有的條件分支。應(yīng)用軟件可訪問所有的CR數(shù)值 。 芯片控制寄存器：配置、控制和讀取外部處理器，可在特殊軟件中通過mtdcr和mfdcr指令來訪問。,Xilinx嵌入式開發(fā)系統(tǒng),PowerPC 指令集 執(zhí)行指令的速度接近每周期執(zhí)行一條指令,Xilinx嵌入式開發(fā)系統(tǒng),PowerPC 五級(jí)流水 取指、譯碼、執(zhí)行、寫回、加載寫回,Xilinx嵌入式開發(fā)系統(tǒng),常用的IP核以及設(shè)備驅(qū)動(dòng) 通用I/O設(shè)備 中斷控制器設(shè)備 定時(shí)器 外部存儲(chǔ)器控制器 以太網(wǎng)、串口等通信設(shè)備 均以IP Core的形式給出，信號(hào)、時(shí)序、函數(shù)參見9.2.3節(jié)。,Xilinx嵌入式開發(fā)系統(tǒng),嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案 MicroBlaze系統(tǒng)架構(gòu),Xilinx嵌入式開發(fā)系統(tǒng),嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案 PowerPC系統(tǒng)架構(gòu),Xilinx嵌入式開發(fā)系統(tǒng),系統(tǒng)地址分配 MicroBlaze：32位地址，其中0x0000_0000 0x0000_0017用于特殊處理，0x0000_0018 0xFFFF_FFFF是用戶可用的部分，LMB存儲(chǔ)器從地址0x0000_0018開始。 PowerPC：32位地址，其中每一個(gè)PowerPC都有其系統(tǒng)引導(dǎo)（boot）區(qū)，地址為0xFFFF_FFFC，缺省的可用空間為0xFFFF_0000 0xFFFF_FFFF。,EDK軟件,嵌入式開發(fā)套件 Embedded Development Kit（EDK） 自帶了許多工具和IP，可以用來設(shè)計(jì)完整的嵌入式處理器系統(tǒng)； 包括Xilinx平臺(tái)工作室XPS和軟件開發(fā)套件SDK ； 只有安裝了ISE軟件，才能正常運(yùn)行EDK，且二者的版本要一致。 安裝過程類似于ISE。,EDK軟件,EDK的組成 XPS：用來設(shè)計(jì)嵌入式處理器系統(tǒng)硬件部分的開發(fā)環(huán)境或GUI，是系統(tǒng)設(shè)計(jì)者構(gòu)建 Xilinx嵌入式系統(tǒng)時(shí)必用的工具套件。在XPS中，可以完成嵌入式系統(tǒng)架構(gòu)的創(chuàng)建、軟件代碼的編寫、設(shè)計(jì)的編譯以及FPGA芯片的硬件配置。 SDK：集成的開發(fā)環(huán)境，基于Eclipse。它支持C/C+，用于嵌入式軟件應(yīng)用的開發(fā)和驗(yàn)證。 其它EDK部分： 用于Xilinx嵌入式處理器的硬IP； 用于嵌入式軟件開發(fā)的驅(qū)動(dòng)和庫； 在MicroBlaze和PowerPC處理器上用于C/C+軟件開發(fā)的GNU編譯器和調(diào)試器； 有關(guān)文檔以及一些工程樣例等。,EDK軟件,基于EDK的開發(fā)流程,EDK軟件,EDK的文件管理架構(gòu) 板級(jí)支持包Board Support Package（BSP） XMP工程文件 MHS文件和其它的硬件平臺(tái)元素 MSS文件和其它的軟件平臺(tái)元素 UCF文件 CMD文件 修改最多的是assignfile指令和program指令 SDK工程文件 一個(gè)XPS嵌入式系統(tǒng)而言，可能有多個(gè)相應(yīng)的SDK工程,XPS軟件的基本操作,XPS的啟動(dòng) 單獨(dú)啟動(dòng)：專門用于設(shè)計(jì)完備的嵌入式系統(tǒng) 。 ISE中通過雙擊Embedded Processor類型的源文件來打開 ：可將嵌入式設(shè)計(jì)作為ISE設(shè)計(jì)的一個(gè)子模塊 。,XPS軟件的基本操作,利用基本系統(tǒng)創(chuàng)建器（BSB）創(chuàng)建新工程 （1）啟動(dòng)XPS,XPS軟件的基本操作,（2）選擇工程路徑,XPS軟件的基本操作,（3）選擇板型,XPS軟件的基本操作,（4）選擇處理器 內(nèi)部集成了PowerPC內(nèi)核的FPGA芯片（Virtex-2 Pro以上部分型號(hào)）可以選擇PowerPC或Microblaze，否則只能選擇Microblaze。,XPS軟件的基本操作,（5）配置處理器,XPS軟件的基本操作,（6）添加I/O接口,XPS軟件的基本操作,（7）添加內(nèi)部外圍設(shè)備 如果開發(fā)板的部分外設(shè)在XPS中并沒有提供，那么就需要通過用戶通過HDL語言實(shí)現(xiàn)自定制底層接口邏輯，再將其作為外設(shè)導(dǎo)入到XPS中。 如果開發(fā)板上的設(shè)備在XPS庫中都能找到，可以跳過