KCPSM6 PicoBlaze的原理與應用

引言
PicoBlaze 8位嵌入式處理器是Xilinx公司為Virtex、Spartan系列FPGA和CoolRunner—II系列CPLD設計的嵌入式處理器軟核。針對不同的器件，Xilinx公司共推出了3個(gè)版本的PicoBlaze，包括KCPSM3(目標器件為Spartan 3、Virtex II、Virtex II PRO、Virtex 4和Virtex 5)CPLD版(目標器件為CoolRunner—II)和最新推出的KCPSM6(目標器件為Spartan 6、Virtex 6和7系列FPGA)。KCPSM6針對Spartan 6、Virtex 6和7系列FPGA進(jìn)行了特殊優(yōu)化，增加了一些新特性，在開(kāi)發(fā)和調試方法上也與KCPSM3有所不同。本文分析對比了其異同，對KCPSM6在開(kāi)發(fā)調試中的注意事項進(jìn)行總結，并在A(yíng)vnet Spartan 6 MicroBoard上進(jìn)行了實(shí)例驗證。

1 KCPSM6 PicoBlaze的體系結構
KCPSM6 PicoBlaze(以下簡(jiǎn)稱(chēng)KCPSM6)8位嵌入式處理器是Xilinx公司為Spartan 6、Virtex 6和7系列FPGA設計的嵌入式處理器軟核，它具有效率高、占用資源少等優(yōu)點(diǎn)，可以方便地嵌入到硬件系統設計中，實(shí)現與其他功能模塊的無(wú)縫連接。它僅占用26個(gè)Slice和1個(gè)BRAM，占XC6SLX4器件4．3％的資源、XC6SLX150T器件不到0．11％的資源。KCPSM6嵌入式處理器具有高達52～120 MIPS的指令執行速度，具體速度取決于所選用的FPGA所屬系列和器件速度等級。
KCPSM6微處理器主要由以下幾個(gè)單元組成：
◆兩組16個(gè)8位通用寄存器；
◆最高支持4 KB的程序存儲單元；
◆8位算術(shù)邏輯單元，帶有CARRY和ZERO標志位；
◆64、128或256字節內部暫存RAM；
◆256個(gè)輸入和256個(gè)輸出端口，方便擴展應用；
◆中斷控制單元；
◆休眠模式，進(jìn)一步降低系統功耗。
KCPSM6嵌入式處理器的原理框圖如圖1所示。

KCPSM6新增的特性和功能總結如下：
(1)新增引腳
sleep引腳。當sleep引腳電平由低變高時(shí)，KCPSM6在執行完最后一條已讀取指令后，進(jìn)入休眠模式，以降低系統功耗。若將sleep引腳一直置低電平，則KCPSM6一直處于正常工作狀態(tài)。
K_write_strobe為常量輸出觸發(fā)信號，與OUTPUTK指令配合使用，可用一條指令即可完成向輸出端口輸出常量值，而無(wú)需寄存器的干預。
bram_enable為程序存儲單元BRAM使能信號，可進(jìn)一步降低系統功耗。
Address[11：10]為程序存儲單元高位地址線(xiàn)，最大支持4 KB程序存儲。