簡單MicroBlaze微控制器的理念

圖3 FPGA設(shè)計(jì)流程遵循標(biāo)準(zhǔn)的ISE FPGA實(shí)施流程，無須新工具或腳本

運(yùn)行實(shí)施工具后，將額外生成一個(gè)文件，指示微控制器所使用(smm_bd.bmm)的Block RAM的物理位置。

軟件應(yīng)用設(shè)計(jì)流程
單個(gè)軟件描述文件(smm.xml)包含了啟動(dòng)微控制器應(yīng)用開發(fā)工作所需的全部信息。開發(fā)可獨(dú)立于FPGA設(shè)計(jì)流程進(jìn)行，甚至在任何FPGA設(shè)計(jì)實(shí)施之前就能啟動(dòng)。

從ISE 11.1開始，SDK作為獨(dú)立選項(xiàng)提供，其包含完成軟件應(yīng)用設(shè)計(jì)所需的全部工具、驅(qū)動(dòng)器、程序庫以及實(shí)用程序等。

圖4 顯示了以軟件定義文件開始的標(biāo)準(zhǔn)的SDK開發(fā)流程。微控制器的地址空間包括8KB的RAM與用戶接口，在選擇UART選項(xiàng)的情況下，還包括UART寄存器空間。

圖4 SDK開發(fā)流程始于軟件定義文件

設(shè)計(jì)實(shí)例
下面介紹一個(gè)LCD控制器參考設(shè)計(jì)實(shí)例，這種設(shè)計(jì)綜合采用了簡單MicroBlaze微控制器的各種特性。LCD控制器非常適用于小型微控制器實(shí)施，因?yàn)槠溆布涌谳^慢，也比較簡單，初始化序列較長，而且需要大量字符代碼。

通過綜合采用HDL和C代碼，設(shè)計(jì)可將消息輸出至電路板上的字符LCD屏。

HDL可處理硬件接口，而軟件則負(fù)責(zé)初始化和控制LCD屏。

LCD模塊的時(shí)序較慢，但同時(shí)需要指令或數(shù)據(jù)之間的較大延遲。例如，清空顯示的指令需要1.52ms的延遲，然后才能發(fā)出下一個(gè)指令或數(shù)據(jù)。部分指令需要40μs的延遲，其他的延遲則需要1μs。

我們可在C語言代碼中用while回路來處理延遲問題，不過這樣做不夠準(zhǔn)確，而且還會(huì)影響編譯器的優(yōu)化。更好的選擇是在FPGA中創(chuàng)建軟件可載入的32位計(jì)數(shù)器，以便在到達(dá)編程的延遲時(shí)觸發(fā)控制器中斷。

MicroBlaze寫入地址0x10，以根據(jù)用戶接口數(shù)據(jù)總線上的數(shù)據(jù)啟動(dòng)定時(shí)器。MicroBlaze隨后將等待中斷，以繼續(xù)執(zhí)行。

MicroBlaze寫入用戶接口地址0x0會(huì)觸發(fā)LCD控制器硬件接口，硬件接口的時(shí)序由HDL處理。用戶接口數(shù)據(jù)總線可捕獲指令或數(shù)據(jù)值。按鈕輸入能夠連接至用戶接口地址0x20。

FPGA設(shè)計(jì)包括頂級(jí)模塊、LCD硬件時(shí)序模塊以及軟件可尋址可編程定時(shí)器。此外，文件還包括簡單MicroBlaze微控制器的示例，運(yùn)行頻率為66MHz。

C語言應(yīng)用包含在單個(gè)文件中。該代碼不僅可實(shí)現(xiàn)MicroBlaze中斷、初始化LCD屏幕、管理不同的延遲情況、打印雙線LCD、等待按鈕輸入，同時(shí)還可清空屏幕并輸出新的消息。

微控制器的定制
由于微控制器采用MicroBlaze構(gòu)建而成，因此設(shè)計(jì)人員將能獲得許多標(biāo)準(zhǔn)的外設(shè)和選項(xiàng)，以定制嵌入式系統(tǒng)。用戶可能希望部署不同的FPGA架構(gòu)或添加更多主存儲(chǔ)器、浮點(diǎn)單元或標(biāo)準(zhǔn)的SPI或I2C外設(shè)。

定制既定的系統(tǒng)需要EDK。它包括眾多作為嵌入式項(xiàng)目的不同配置，可根據(jù)用戶要求進(jìn)行修改。例如，如果需要16KB的存儲(chǔ)器而不是標(biāo)準(zhǔn)的8KB存儲(chǔ)器，那么用戶可以打開EDK項(xiàng)目，修改MicroBlaze RAM空間并生成新的網(wǎng)表、Block RAM存儲(chǔ)器和軟件描述文件。用戶隨后即可將新的文件添加至ISE和SDK項(xiàng)目中。

誠然，雖然簡單的MicroBlaze微控制器不能滿足所有嵌入式設(shè)計(jì)的需要，但對(duì)于需要簡單微控制器來高效提供控制功能的用戶來說確實(shí)是非常好的選擇。此外，其還為希望共享和發(fā)布EDK設(shè)計(jì)的團(tuán)隊(duì)提供了一種定則，那就是無論嵌入式設(shè)計(jì)的尺寸大小，僅需三個(gè)文件就能完成整個(gè)實(shí)施工作。