充分利用你的PicoBlaze微處理器

作者Adam P. Taylor，e2v首席系統(tǒng)工程師

PicoBlaze 是一個(gè)緊湊型8位軟核處理器，F(xiàn)PGA工程師可以在他們選擇的賽靈思FPGA將其例化。一旦實(shí)現(xiàn)，該核完全位于FPGA架構(gòu)中，只使用邏輯單元和塊RAM。它不需要額外的易失性或者非易失性內(nèi)存。

得益于小尺寸的實(shí)現(xiàn)，一塊FPGA能夠包含多個(gè)PicoBlaze，每個(gè)用于實(shí)現(xiàn)通常由狀態(tài)機(jī)創(chuàng)建的控制結(jié)構(gòu)。因此可以減少開(kāi)發(fā)時(shí)間，同時(shí)可以標(biāo)準(zhǔn)化地生成控制結(jié)構(gòu)。多虧了底層的高性能賽靈思FPGA架構(gòu)，PicoBlaze通常與許多市面上單獨(dú)的8位微處理器兼容。

我們來(lái)看一下我們?nèi)绾卧谠O(shè)計(jì)利用這個(gè)便利的器件。

PICOBLAZE架構(gòu)

在我們使用這個(gè)核前，首先需要了解一下它的架構(gòu)。PicoBlaze是一個(gè)很簡(jiǎn)單的8位微處理器，基于RISC架構(gòu)（見(jiàn)下面圖1）.該處理器有一個(gè)12位的地址端口，這意味著它可以尋址多達(dá)4096個(gè)內(nèi)存位置。每個(gè)地址位置包含一個(gè)18位的指令，該指令定義了核必須執(zhí)行的操作。核的輸入和輸出都通過(guò)8位端口（一個(gè)輸入，一個(gè)輸出）。微處理器還提供了一個(gè)8位識(shí)別端口，允許讀寫多達(dá)256個(gè)外設(shè)。還有一個(gè)可選大小的暫存器，64、128或者256字節(jié)。跟所有的微處理器一樣，PicoBlaze包含了一個(gè)算術(shù)邏輯單元，支持一個(gè)中斷。這些功能意味著處理器位FPGA設(shè)計(jì)工程師提供了許多好處。

PicoBlaze的最重要的一個(gè)方面就是它的高確定性本質(zhì)，就是說(shuō)執(zhí)行所有的指令都需要2個(gè)時(shí)鐘周期，中斷最多在4個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)處理。

為什么要使用PICOBLAZE？

FPGA應(yīng)用通常需要結(jié)合并行和時(shí)序操作，數(shù)據(jù)流以并行為主而控制結(jié)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)以時(shí)序結(jié)構(gòu)為主，例如狀態(tài)機(jī)（見(jiàn)Xcell Journal issue 81, “How to Implement State Machines in Your FPGA”）然而，復(fù)雜的控制結(jié)構(gòu)如果用狀態(tài)機(jī)實(shí)現(xiàn)會(huì)變得不實(shí)用，增加了驗(yàn)證時(shí)間，使得在今后開(kāi)發(fā)周期內(nèi)的修改變得很困難。復(fù)雜的狀態(tài)機(jī)也需要更多的時(shí)間去開(kāi)發(fā)，如果需要一些，這個(gè)時(shí)間會(huì)相當(dāng)長(zhǎng)。

你也可以使用PicoBlaze通過(guò)RS232、I2C和SPI進(jìn)行串行通信控制，事實(shí)上，任何你要用一個(gè)一般的8位微處理器做的都能用PicoBlaze高性能的實(shí)現(xiàn)。工程師們已經(jīng)使用PicoBlaze實(shí)現(xiàn)了控制系統(tǒng)的PID控制器。他們使用I2C、SPI或者并行DAC產(chǎn)生的參考波形有方波、鋸齒波、三角波和更復(fù)雜的正弦/余弦波（使用移位和添加CORDIC算法）。

在你的FPGA中例化PicoBlaze微處理器來(lái)實(shí)現(xiàn)這些順序功能，可以帶來(lái)更快的開(kāi)發(fā)時(shí)間，開(kāi)發(fā)周期中修改更加簡(jiǎn)便。當(dāng)然，作為一個(gè)軟核，PicoBlaze也幫助地址過(guò)時(shí)事宜，當(dāng)ASM模塊開(kāi)發(fā)時(shí)鼓勵(lì)重新使用設(shè)計(jì)。

注意：這篇文章是 Xcell Daily, issue 89中的“Getting the Most out of Your PicoBlaze Microcontroller”簡(jiǎn)短版。關(guān)于在你的FPGA中添加PicoBlaze處理器和Zynq SoC設(shè)計(jì)的詳細(xì)信息，見(jiàn)Xcell Daily的全篇文章。

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