基于FPGA的可编程嵌入式开发初步ppt课件

1、第八章第八章 基于基于FPGA的可编程嵌入式开发初步的可编程嵌入式开发初步 v可配置嵌入式系统可配置嵌入式系统vXilinx嵌入式开发系统嵌入式开发系统vMicroBlazevPowerPCvIP和及驱动和及驱动vEDK软件软件vXPS软件的根本操作软件的根本操作可配置嵌入式系统可配置嵌入式系统vFPGA在嵌入式系统中获得广泛运用在嵌入式系统中获得广泛运用 v形状机方式：可以无外设、无总线构造和无实时形状机方式：可以无外设、无总线构造和无实时操作系统，到达最低的本钱，运用于操作系统，到达最低的本钱，运用于VGA、LCD控制等，根据用户设计可到达不同的性能。控制等，根据用户设计可到达不同的性能。

2、 v单片机方式：包括一定的外设，可以利用实时操单片机方式：包括一定的外设，可以利用实时操作系统和总线构造，以中等的本钱，运用于控制作系统和总线构造，以中等的本钱，运用于控制和仪表，到达中等的性能。和仪表，到达中等的性能。 v定制嵌入方式：高度集成扩展的外设，实时操作定制嵌入方式：高度集成扩展的外设，实时操作系统和总线构造，到达高性能，运用于网络和无系统和总线构造，到达高性能，运用于网络和无线通讯等。线通讯等。 采用采用90nm消费工艺之后，消费工艺之后，FPGA器件处置才干更器件处置才干更强，且本钱低、功耗少，已取代了相当数量的中强，且本钱低、功耗少，已取代了相当数量的中小规模小规模ASIC器

3、件和处置器，使嵌入式系统具备片器件和处置器，使嵌入式系统具备片上系统上系统SOC的规模和动态可编程的才干，具的规模和动态可编程的才干，具有明显的优势，成为嵌入式运用的主力军之一。有明显的优势，成为嵌入式运用的主力军之一。 可配置嵌入式系统可配置嵌入式系统vXilinx处置方案处置方案 vPicoBlaze：8位处置器软核，用汇编言语编写的位处置器软核，用汇编言语编写的程序经过编译后放入程序经过编译后放入FPGA的的BlockRam存储区。存储区。 vMicroBlaze：32位流水线位流水线RISC构造，包含构造，包含32个个32位通用存放器和位通用存放器和1个可选的个可选的32位移位存放器，

4、位移位存放器，时钟可达时钟可达150MHz。vPowerPC：32位位PowerPC嵌入式环境架构。嵌入式环境架构。Virtex II Pro、Virtex 4、Virtex 5系列部分芯片系列部分芯片中集成了中集成了24个个PowerPC 405处置器核。处置器核。可配置嵌入式系统可配置嵌入式系统v开发工具开发工具 v嵌入式开发套件嵌入式开发套件EDK：用于设计嵌入式可编：用于设计嵌入式可编程系统的全面的处置方案，该套件包括了嵌入式程系统的全面的处置方案，该套件包括了嵌入式软件工具软件工具Platform Studio以及嵌入式以及嵌入式 IBM PowerPC硬件处置器核和硬件处置器核和/

5、或或Xilinx MicroBlaze软处置器核进展软处置器核进展Xilinx平台平台FPGA设计时所需的技设计时所需的技术文档和术文档和IP。vXilinx公司提供了大量的硬件平台评价板，公司提供了大量的硬件平台评价板，提供了大量的软、硬件设计参考。提供了大量的软、硬件设计参考。 Xilinx嵌入式开发系统嵌入式开发系统vMicroBlazev支持支持CoreConnect总线的规范外设集合总线的规范外设集合 ；vRISC架构，哈佛构造架构，哈佛构造32位指令和数据总线位指令和数据总线 v最精简的核只需求将近最精简的核只需求将近400个个Slice 。Xilinx嵌入式开发系统嵌入式开发系统

6、vMicroBlazev通用存放器通用存放器v特殊存放器特殊存放器vPC、MSRXilinx嵌入式开发系统嵌入式开发系统vMicroBlazev指令集指令集vA型指令型指令 ：两个源存放器和一个目的存放器，完：两个源存放器和一个目的存放器，完成存放器到存放器间的数据运算成存放器到存放器间的数据运算 ；vB型指令：一个源存放器、一个目的存放器和一型指令：一个源存放器、一个目的存放器和一个个16位的立刻数，进展存放器和立刻数间的数据位的立刻数，进展存放器和立刻数间的数据运算。运算。 Xilinx嵌入式开发系统嵌入式开发系统vMicroBlazev三级流水三级流水Xilinx嵌入式开发系统嵌入式开发

7、系统vPowerPC v采用采用CoreConnect技术，可运转在技术，可运转在100-133MHz的高带宽的高带宽64位总线位总线 ；v独立的指令缓存和数据缓存、独立的指令缓存和数据缓存、1个个JTAG端口、端口、Trace FIFO、多个定时器和一个内存管理单元、多个定时器和一个内存管理单元MMU；v集成了辅助处置器单元控制器集成了辅助处置器单元控制器APU，可直接，可直接控制控制FPGA架构内的硬件指令协处置架构内的硬件指令协处置 ；v不占用不占用FPGA内部任何逻辑资源内部任何逻辑资源 。Xilinx嵌入式开发系统嵌入式开发系统Xilinx嵌入式开发系统嵌入式开发系统vPowerPC

8、 v通用存放器通用存放器 Xilinx嵌入式开发系统嵌入式开发系统vPowerPCv公用存放器：计数存放器、衔接存放器、调试资公用存放器：计数存放器、衔接存放器、调试资源、计数器、中断存放器等源、计数器、中断存放器等 。多数是运用程序不。多数是运用程序不能访问的。能访问的。 v机器形状存放器：处置器的任务形状，允许用户机器形状存放器：处置器的任务形状，允许用户修正。修正。 v条件存放器：可分为条件存放器：可分为8个区域个区域CR0-CR7，每，每区域包含区域包含4个比特，可用于控制一切的条件分支。个比特，可用于控制一切的条件分支。运用软件可访问一切的运用软件可访问一切的CR数值数值 。 v芯片

9、控制存放器：配置、控制和读取外部处置器，芯片控制存放器：配置、控制和读取外部处置器，可在特殊软件中经过可在特殊软件中经过mtdcr和和mfdcr指令来访问。指令来访问。 Xilinx嵌入式开发系统嵌入式开发系统vPowerPC v指令集指令集v执行指令的速度接近每周期执行一条指令执行指令的速度接近每周期执行一条指令 Xilinx嵌入式开发系统嵌入式开发系统vPowerPC v五级流水五级流水v取指、译码、执行、写回、加载写回取指、译码、执行、写回、加载写回 Xilinx嵌入式开发系统嵌入式开发系统v常用的常用的IP核以及设备驱动核以及设备驱动v通用通用I/O设备设备v中断控制器设备中断控制器设

10、备v定时器定时器v外部存储器控制器外部存储器控制器v以太网、串口等通讯设备以太网、串口等通讯设备v均以均以IP Core的方式给出，信号、时序、函数参见的方式给出，信号、时序、函数参见9.2.3节。节。 Xilinx嵌入式开发系统嵌入式开发系统v嵌入式系统设计方案嵌入式系统设计方案 vMicroBlaze系统架构系统架构 Xilinx嵌入式开发系统嵌入式开发系统v嵌入式系统设计方案嵌入式系统设计方案 vPowerPC系统架构系统架构 Xilinx嵌入式开发系统嵌入式开发系统v系统地址分配系统地址分配 vMicroBlaze：32位地址，其中位地址，其中0 x0000_0000 0 x0000_

11、0017用于特殊处置，用于特殊处置，0 x0000_0018 0 xFFFF_FFFF是用户可用的部分，是用户可用的部分，LMB存储器存储器从地址从地址0 x0000_0018开场。开场。 vPowerPC：32位地址，其中每一个位地址，其中每一个PowerPC都都有 其 系 统 引 导 有 其 系 统 引 导 b o o t 区 ， 地 址 为 区 ， 地 址 为0 x F F F F _ F F F C ， 缺 省 的 可 用 空 间 为， 缺 省 的 可 用 空 间 为0 xFFFF_0000 0 xFFFF_FFFF。 EDK软件软件v嵌入式开发套件嵌入式开发套件vEmbedded D

12、evelopment KitEDKv自带了许多工具和自带了许多工具和IP，可以用来设计完好的嵌入，可以用来设计完好的嵌入式处置器系统；式处置器系统；v包括包括Xilinx平台任务室平台任务室XPS和软件开发套件和软件开发套件SDK ；v只需安装了只需安装了ISE软件，才干正常运转软件，才干正常运转EDK，且二，且二者的版本要一致。者的版本要一致。 v安装过程类似于安装过程类似于ISE。EDK软件软件v EDK的组成的组成v XPS：用来设计嵌入式处置器系统硬件部分的开发环境或：用来设计嵌入式处置器系统硬件部分的开发环境或GUI，是系统设计者构建，是系统设计者构建 Xilinx嵌入式系统时必用的

13、工具嵌入式系统时必用的工具套件。在套件。在XPS中，可以完成嵌入式系统架构的创建、软件中，可以完成嵌入式系统架构的创建、软件代码的编写、设计的编译以及代码的编写、设计的编译以及FPGA芯片的硬件配置。芯片的硬件配置。 v SDK：集成的开发环境，基于：集成的开发环境，基于Eclipse。它支持。它支持C/C+，用于嵌入式软件运用的开发和验证。用于嵌入式软件运用的开发和验证。 v 其它其它EDK部分：部分：v 用于用于Xilinx嵌入式处置器的硬嵌入式处置器的硬IP；v 用于嵌入式软件开发的驱动和库；用于嵌入式软件开发的驱动和库；v 在在MicroBlaze和和PowerPC处置器上用于处置器上

14、用于C/C+软件开发软件开发的的GNU编译器和调试器；编译器和调试器；v 有关文档以及一些工程样例等。有关文档以及一些工程样例等。EDK软件软件v基于基于EDK的开发流程的开发流程 EDK软件软件vEDK的文件管理架构的文件管理架构 v板级支持包板级支持包Board Support PackageBSP vXMP工程文件工程文件 vMHS文件和其它的硬件平台元素文件和其它的硬件平台元素 vMSS文件和其它的软件平台元素文件和其它的软件平台元素vUCF文件文件 vCMD文件文件 v修正最多的是修正最多的是assignfile指令和指令和program指令指令 vSDK工程文件工程文件v一个一个X

15、PS嵌入式系统而言，能够有多个相应的嵌入式系统而言，能够有多个相应的SDK工程工程 XPS软件的根本操作软件的根本操作vXPS的启动的启动 v单独启动：专门用于设计完备的嵌入式系统单独启动：专门用于设计完备的嵌入式系统 。vISE中经过双击中经过双击Embedded Processor类型的源类型的源文件来翻开文件来翻开 ：可将嵌入式设计作为：可将嵌入式设计作为ISE设计的一设计的一个子模块个子模块 。XPS软件的根本操作软件的根本操作v利用根本系统创建器利用根本系统创建器BSB创建新工程创建新工程 v1启动启动XPS XPS软件的根本操作软件的根本操作 2选择工程途径选择工程途径XPS软件的

16、根本操作软件的根本操作 3选择板型选择板型 XPS软件的根本操作软件的根本操作 4选择处置器选择处置器 内部集成了内部集成了PowerPC内核的内核的FPGA芯片芯片Virtex-2 Pro以上部分型号可以选择以上部分型号可以选择PowerPC或或Microblaze，否那么只能选择否那么只能选择Microblaze。 XPS软件的根本操作软件的根本操作 5配置处置器配置处置器 XPS软件的根本操作软件的根本操作 6添加添加I/O接口接口 XPS软件的根本操作软件的根本操作 7添加内部外围设备添加内部外围设备 假设开发板的部分外设在假设开发板的部分外设在XPS中并没有提供，那么就中并没有提供，那么就需求经过用户经过需求经过用户经过HDL言语实现自定制底层接口逻辑，言语实现自定制底层接口逻辑，再将其作为外设导入到再将其作为外设导入到XPS中。中。 假设开发板上的设备在假设开发板上的设备在XPS库中都能找到，可以跳过库中