软核处理器picoblaze原理及应用.ppt

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。 片上可编程系统概论-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-II Pro FPGA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Xilinx FPGA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。 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 基于PicoBlaze处理器PWM控制--系统性能的功能要求和结构 该设计