基于FPGA的面向Linux核的基本硬件系統構建和測試

　　前言

　　隨著(zhù)信息的高速發(fā)展，片上可編程系統SoPC(System on Programmable Chip)成為人們討論的熱門(mén)話(huà)題。具有高邏輯密度和高性能硬件模塊的FPGA(Field Programmable Gate Array)使得高效率的片上處理器的設計成為現實(shí)。目前，片上系統的設計已有一定發(fā)展， Xilinx公司開(kāi)發(fā)的嵌入式開(kāi)發(fā)包EDK(Embedded Development Kit)被眾多嵌入式研究者們所使用。

　　技術(shù)介紹

　　EDK

　　嵌入式開(kāi)發(fā)套件(EDK)是用于設計嵌入式可編程系統的全面解決方案。EDK自帶了許多工具和IP，可以用來(lái)設計完整的嵌入式處理器系統，主要包括Xilinx 平臺工作室XPS(Xilinx Platform Studio)和軟件開(kāi)發(fā)套件SDK(Software Development Kit)。本文既用到了Xilinx平臺工作室XPS也用到了軟件開(kāi)發(fā)套件SDK。Xilinx公司的EDK不僅可以用FPGA做邏輯設計，并且可以使用PowerPC和MicroBlaze處理器，實(shí)現從硬件到軟件的整個(gè)嵌入式系統設計。

　　MicroBlaze

　　本文用到的MicroBlaze是一個(gè)被優(yōu)化過(guò)的可以在Xilinx公司FPGA中運行的軟核處理器，并且可以和其它外設IP核一起完成可編程系統芯片的設計。它具有運行速度快、占用資源少、可配置性強等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應用于通信、軍事、高端消費市場(chǎng)等領(lǐng)域。MicroBlaze處理器采用RISC(Reduced Instruction Set Computer)指令集結構和哈佛存儲結構，指令、數據總線(xiàn)位寬均為32位。MicroBlaze指令的執行有三級和五級流水線(xiàn)之分。當采用面積優(yōu)化時(shí)，流水線(xiàn)分為三級，即取指，譯碼和執行，這樣可以減少硬件開(kāi)銷(xiāo)。當不使用面積優(yōu)化時(shí)，流水線(xiàn)分為五級：取指、譯碼、執行、訪(fǎng)問(wèn)存儲器和回寫(xiě)，這樣可以提高性能。本文用到的MicroBlaze版本是v6.00.b，其指令的執行為3級流水線(xiàn)模式。

　　基本的硬件系統的搭建

　　本文的硬件開(kāi)發(fā)和調試環(huán)境是在Windows系統下，使用的是ISE_DS13.2開(kāi)發(fā)工具。而內核編譯等軟件開(kāi)發(fā)則是Linux操作系統下完成。