MicroBlaze嵌入式微處理器教學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

王 韜， 湯勇明

(東南大學(xué) 電子科學(xué)與工程學(xué)院， 江蘇 南京 210096)

MicroBlaze嵌入式微處理器教學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

王 韜， 湯勇明

(東南大學(xué) 電子科學(xué)與工程學(xué)院， 江蘇 南京 210096)

嵌入式軟核處理器技術(shù)越來越多地應(yīng)用在綜合課程設(shè)計(jì)或?qū)W生課外設(shè)計(jì)作品中。本文以AD7192模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片的控制為例，建設(shè)了在Xilinx公司的FPGA中進(jìn)行MicroBlaze嵌入式微處理器設(shè)計(jì)的教學(xué)案例，包括MicroBlaze IP核配置、SDK軟件編寫和調(diào)試、綜合編譯及下載等流程，此教學(xué)案例可滿足相關(guān)教學(xué)需求。

FPGA；MicroBlaze；AD7192

0 引言

在FPGA上搭建嵌入式微處理器軟核系統(tǒng)是可編程片上系統(tǒng)SOPC(System On Programmable Chip)的一種解決辦法。SOPC作為一種特殊的嵌入式微處理器系統(tǒng), 使用邏輯資源構(gòu)建CPU核，在邏輯器件上實(shí)現(xiàn)微處理器架構(gòu)，結(jié)合了SOC和FPGA的各自優(yōu)點(diǎn), 具有靈活的設(shè)計(jì)方式, 可裁減、可擴(kuò)充以及可升級(jí), 并具備軟硬件在系統(tǒng)可編程的功能[1，2]。Xilinx公司推出的32位MicroBlaze微處理器IP核是比較著名的主流嵌入式微處理器軟核，具有高效、靈活的特點(diǎn)。MicroBlaze 采用32 位哈佛RISC 架構(gòu)，32 位獨(dú)立的地址總線和數(shù)據(jù)總線。對(duì)于簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)，可以將代碼直接放入片上的BRAM 中；也可以將復(fù)雜設(shè)計(jì)的Bootloader 放在片上的BRAM中[3]。針對(duì)Xilinx FPAG器件而優(yōu)化的MicroBlaze軟核具有兼容性和重復(fù)利用性，因此是一種良好的SOPC解決方案。

本文圍繞MicroBlaze處理器IP核的結(jié)構(gòu)特性，以Digilent公司的NEXYS 4開發(fā)板為平臺(tái)，結(jié)合帶有Pmod接口的AD7192模/數(shù)轉(zhuǎn)換模塊進(jìn)行教學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，向?qū)W生們展示在Xilinx FPGA上使用MicroBlaze軟核進(jìn)行開發(fā)的基本流程。

1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

本實(shí)驗(yàn)旨在介紹使用嵌入式微處理器軟核開發(fā)FPGA的通用步驟，幫助學(xué)生掌握在最新Vivado開發(fā)環(huán)境下搭建嵌入式微處理器系統(tǒng)并在SDK開發(fā)環(huán)境下編寫C語言程序進(jìn)行調(diào)試的方法。……