基于MicroBlaze軟核的FPGA片上系統設計

　　Xilinx公司的MicroBlaze 32位軟處理器核是支持CoreConnect總線(xiàn)的標準外設集合。MicroBlaze處理器運行在150MHz時(shí)鐘下，可提供125 D-MIPS的性能，非常適合設計針對網(wǎng)絡(luò )、電信、數據通信和消費市場(chǎng)的復雜嵌入式系統。

　　1 MicroBlaze的體系結構

　　MicroBlaze 是基于Xilinx公司FPGA的微處理器IP核，和其它外設IP核一起，可以完成可編程系統芯片(SOPC)的設計。MicroBlaze 處理器采用RISC架構和哈佛結構的32位指令和數據總線(xiàn)，可以全速執行存儲在片上存儲器和外部存儲器中的程序，并和其它外設IP核一起，可以完成可編程系統芯片(SOPC)的設計。MicroBlaze處理器采用RISC架構和哈佛結構的32位指令和數據總線(xiàn)，可以全速執行存儲在片上存儲器和外部存儲器中的程序，并訪(fǎng)問(wèn)其的數據，如圖1所示。

　　(1)內部結構

　　MicroBlaze內部有32個(gè)32位通用寄存器和2個(gè)32位特殊寄存器—PC指針和MSR狀態(tài)標志寄存器。為了提高性能，MicroBlaze還具有指令和數據緩存。所有的指令字長(cháng)都是32位，有3個(gè)操作數和2種尋址模式。指令按功能劃分有邏輯運算、算術(shù)運算、分支、存儲器讀/寫(xiě)和特殊指令等。指令執行的流水線(xiàn)是并行流水線(xiàn)，它分為3級流水：取指、譯碼和執行，如圖2所示。

　　(2)存儲結構

　　MicroBlaze是一種大端存儲系統處理器，使用如圖3所式的格式來(lái)訪(fǎng)問(wèn)存儲器。

　　(3)中斷控制和調試接口

　　MicroBlaze可以響應軟件和硬件中斷，進(jìn)行異常處理，通過(guò)外加控制邏輯，可以擴展外部中斷。利用微處理器調試模塊(MDM)IP核，可通過(guò)JTAG接口來(lái)調試處理器系統。多個(gè)MicroBlaze處理器可以用1個(gè)MDM來(lái)完成多處理器調試。

　　(4)快速單一連接路接口

　　MicroBlaze處理器具有8個(gè)輸入和8個(gè)輸出快速單一鏈路接口(FSL)。FSL通道是專(zhuān)用于單一方向的點(diǎn)到點(diǎn)的數據流傳輸接口。FLS和MicroBlaze的接口寬度是32位。每一個(gè)FSL通道都可以發(fā)送和接收控制或數據字。

　　2 CoreConnect技術(shù)

　　CoreConnect 是由IBM開(kāi)發(fā)的片上總線(xiàn)通信鏈，它使多個(gè)芯片核相互連接成為一個(gè)完事的新芯片成為可能。CoreConnect技術(shù)使整合變得更為容易，而且在標準產(chǎn)品平臺設計中，處理器、系統以及外圍的核可以重復使用，以達到更高的整體系統性能。

　　CoreConnect總線(xiàn)架構包括處理器本機總線(xiàn)(PLB)，片上外圍總線(xiàn)(OPB)，1個(gè)總線(xiàn)橋，2個(gè)判優(yōu)器，以及1個(gè)設備控制寄存器(DCR)總線(xiàn)，CoreConnect總線(xiàn)架構如圖4所示。Xilinx將為所有嵌入式處理器用戶(hù)提供IBM CoreConnect許可，因為它是所有Xilinx嵌入式處理器設計的基礎。MicroBlaze處理器使用了與IBM PowerPC相同的總線(xiàn)，用作外設。雖然MicroBlaze軟處理器完成獨立于PowerPC，但它讓設計者可以選擇芯片上的運行方式，包括一個(gè)嵌入式PowerPC，并共享它的外設。