XINLINX MicoBlaze使用教程,绝对好用

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FPGA System Design Primer高教社&XILINX SOC竞赛培训系列课程

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培训内容

Xilinx片上可编程系统设计导论 MicroBlaze处理器原理 EDK工具概述 操作系统(OS)及板级支持包(BSP)概述 基于EDK10.1和MicroBlaze处理器的设计流程

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片上可编程系统设计导论--基本概念基于现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array, FPGA)的SOPC(System-on-a-chip),包含嵌入 式的软核或硬核处理器、存储器和硬件加速器。 SOPC的出现为设计者提供了设计高性能嵌入式系统 和优化系统的条件。

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片上可编程系统设计导论--基本概念SOPC嵌入式处理器分为软核和硬核处理器两大类 。 Xilinx提供了将物理的处理器核集成到FPGA硅片上的硬核 处理器产品。 一个处理器使用专门的硅片实现称为硬核处理器，比 如: Xilinx将PowerPC 405/440硬核集成到Virtex系列的FPGA 芯片中。 软核处理器是通过使用FPGA的通用逻辑实现的。软核 处理器通过HDL语言或网表进行描述的。软核处理器必须 进行综合才能使用。北京中教仪装备技术有限公司

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片上可编程系统设计导论--基本概念在基于软核和硬核处理器的SOPC系统中，本地存储 器、处理器总线、内部外设、外设控制器和存储器控制器 必须使用FPGA的通用逻辑实现。 下面给出Xilinx公司的软核和硬核处理器的性能。

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片上可编程系统设计导论--Xilinx Psoc类别

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片上可编程系统设计导论--基本概念由于持续的要求嵌入式系统具有更多的功能、更好的 性能和灵活性，因此传统上的设计方法已经不适应这种要 求。当设计人员试图通过高性能的嵌入式处理器得到更高 的性能时，遇到了吞吐量和性能方面的限制，而这种限制 源于系统和结构的瓶颈，以及存储器带宽的限制。 现在解决问题的方法是“专用”,即对某个嵌入式系 统应用使用专门的解决方法。比如，数字信号处理器DSP 用于解决某一类专门的数字信号处理。对于一些高容量的 应用，设计人员可能还需要专门开发ASIC芯片。北京中教仪装备技术有限公司

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片上可编程系统设计导论--基本概念很多FPGA厂商将专用的嵌入式处理器Power、ARM 等嵌入到FPGA芯片中。这种集成嵌入式处理器的FPGA芯 片被定义成FPGA的平台。这种基于FPGA的嵌入式平台提 供了一个灵活的解决方案。 在这个解决方案中，一个单FPGA芯片上提供了大量 不同

的IP软核和硬核资源。这些固件和硬件可以在任何时 间进行升级。这种可编程的结构特点，大大缩短了系统的 开发时间，而同一平台能应用在很多领域，提高了平台的 资源复用率。北京中教仪装备技术有限公司

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片上可编程系统设计导论--基本概念

FPGA平台结构使设计人员可以优化系统吞吐量和开 发周期，提供前所未有的软件和硬件协同设计的灵活性， 这种灵活性主要体现在设计人员能够权衡软件和硬件设计 的实现方法。 这种协同性不同于传统的嵌入式系统的协同设计，虽 然以前也使用软件和硬件的协同设计，但是在实现级别上 基本上还是使用大量的分离的设计流程。

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片上可编程系统设计导论--基本概念

FPGA平台，即SOPC集成了传统软核和硬核处理器、 片上总线、大量不同的I/O设备和接口标准、定制的硬件加 速理器，以及混合的定制的总线或点对点的拓扑结构，以 提高系统的性能。 在SOPC的层次上，FPGA的应用领域已经大大扩宽了， 它不再只用于连接不同接口设备的“连接逻辑”。 由于FPGA的容量和性能不断提高，因此它就逐步地变 成嵌入式系统的中心。北京中教仪装备技术有限公司

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片上可编程系统设计导论--基本概念在SOPC阶段，设计已经从以硬件描述语言HDL为中 心的硬件设计，转换到了以C语言进行功能描述为中心。 形成了以C语言描述SOPC的功能，而用HDL语言描 述硬件的具体实现方法。这也是和传统的FPGA设计和嵌 入式系统设计最大的区别，即软件和硬件的真正的协同设 计。

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片上可编程系统设计导论--基本概念

作为新的嵌入式系统的设计平台，使用SOPC进行嵌 式系统设计具有以下几个方面的优点： 1、定制 2、延缓过时 3、降低元件成本 4、硬件加速

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片上可编程系统设计导论--设计流程正如前面所说，基于SOPC的嵌入式系统的设计需要 软件和硬件的协同设计。下面给出了Xilinx公司使用XPS (Xilinx Platform Studio)进行嵌入式系统设计的流程。 Xilinx公司的XPS工具包用于开发基于FPGA平台的 嵌入式系统，从图可以看出该工具支持传统的硬件和嵌 入式软件的设计流程。

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片上可编程系统设计导论--设计流程软件和硬件融合

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片上可编程系统设计导论--设计流程XPS支持硬核PowerPC和软核Microblaze处理器。并 将设计的导入、创建和IP核定制进行了流水化的处理。由 于XPS知道平台FPGA的硅片属性和选项，能自动的为其外 设生成软件驱动、测试代码以及创建板级支持包BSP (Board Suppor

t Package)。 这些BSP是常用的实时操作系统RTOS(Real-Time Operating System),比如VxWorks和嵌入式Linux提供的设 备驱动。北京中教仪装备技术有限公司

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片上可编程系统设计导论--设计流程

Xilinx的JTAG连接技术，完成FPGA的下载、FPGA 的调试、C代码的下载和软件的调试。 XPS集成了软件和硬件调试工具，使它们之间可以相 互触发，这使得嵌入式系统内部变成“可见”,使嵌入式 设计者能很快地找到和发现问题，而无需知道这个问题是 软件还是硬件产生的。

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片上可编程系统设计导论--设计优化

FPGA嵌入式处理器设计比较复杂，复杂程度甚至 使那些有经验的设计人员在某些情况下都无能为力，因 此为了获得FPGA平台的优势必须进行权衡。 下面给出一些在设计FPGA的SOPC嵌入式系统时， 会使用到的一些优化技术。

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片上可编程系统设计导论--设计优化

1、优化级别 2、使用FPGA厂商的优化指令 3、汇编 4、混杂

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片上可编程系统设计导论--存储器使用只用本地存储器：最快的存储器的选择是将所有的代码 放在本地存储器中。 只用外部存储器：如果将所有程序放在外部存储器中， 将使系统的性能降到最低。 高速缓存：在建有PowerPC处理器的FPGA硅片上建立 了的指令和数据高速缓存。使其对处理器总保持性能优 势。 分配代码到内部存储器、外部存储器和高速缓存。北京中教仪装备技术有限公司