用CPLD創(chuàng)建具有彈性指令集的微控制器
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指令集也非常類似。但是對PicoBlaze等CPLD軟核微控制器來說，指令集是可變化的。比如設計工程師可以根據規(guī)范要求增加或刪除指令。表3是AVR RISC微控制器和CPLD PicoBlaze軟核微控制器之間的比較。
目前交付的PicoBlaze支持49條指令，可以在任何幾個CoolRunner-II CPLD中操作。希望支持的指令品種以及架構版本的選擇都會影響PicoBlaze的運行速度。
例如，在全指令集和所有指令都保持在CPLD外的情況下所能達到的最高性能是30MHz，但通過流線型處理指令集或程序可以將性能提高3倍，即 90MHz。事實上，PicoBlaze微控制器架構充分利用了CoolRunner-II的2個關鍵特性，即高執(zhí)行速度和低功耗。
增加或刪除指令
PicoBlaze微處理器軟核的優(yōu)勢在于具有增加或刪除指令的能力。
例如，只需從VHDL中注釋掉指令就可以完成指令集中指令的調整。如果需要的話，人們還能把它們從匯編器中去掉，但通常是不要求這樣做的。如果某些應用能夠利用目前提供的這些指令外的其它重要指令，那么還可以增加指令。因此刪除和添加指令都是可行的。大多數(shù)編程人員在日常編程中用到的指令數(shù)大概是 20條。選擇最常用的20條，把剩余的刪掉，然后再進行編程。如果設計工程師發(fā)現(xiàn)了一個瓶頸型“內部環(huán)路”，并能從專門為該指定任務定制的單個指令中受益，那就能夠編寫出以硬件速度運行的VHDL程序。記住，PicoBlaze微控制器能夠利用處理器內部的雙邊沿觸發(fā)器在兩個時鐘邊沿完成運算。
DSP例子
為了描述PicoBlaze架構的適應能力，讓我們看一個DSP的例子。代碼到“位-反轉總線(bit-reverse a bus)”是快速傅里葉變換中的一項基本操作。作為基本算法中的一個關鍵步驟，數(shù)據一般從地址總線上驅動輸出。用“標準”指令完成這一操作需要多條“屏蔽與翻轉”命令，極易形成處理瓶頸。
表4給出了極象匯編類步驟的基本操作來顯示寄存器內容。算法的起始是帶A-H標簽的一字節(jié)數(shù)據。該字節(jié)首先在內部完成交換 (4次翻轉)，然后再用布爾“與/或”將內部位轉移到目標寄存器，從而生成結果，一次2個位。這樣處理一遍后，會在最終寄存器中形成求反的原始內容。根據具體算法的不同，大概需要12到18條指令。在這種情況下，設計工程師不用增加指針和計數(shù)器等環(huán)路管理開銷就可以完成這一任務。
如圖4所示，在VHDL中增加了“翻轉”指令，設計經過再編譯，“重新布線”的處理器就增加了這條關鍵指令。該方法用合成工具再布線手段可以將許多指令“擠壓”進某些門中。這些多位級操作可以歸結為簡單的CPU再布線，并且最為重要的是合成器正確工作了。
指令增強
前面討論的是指令集優(yōu)化，不過功能增強也是可以的。請記住，許多微控制器包含有板上功能模塊，這些模塊除了指令集外還另有用途。例如，許多8位微控制器包含內部的外圍設備計數(shù)器或定時器、中斷控制器和DMA電路。對PicoBlaze來說，只要在芯片內部增加合適的外圍設備功能集就可以了，具體取決于所選擇的CoolRunner-II CPLD的密度。表5針對不同的附加功能給出了宏單元運用的一些評估。
性能改進
提升設計性能的經典方法是進行適當?shù)?ldquo;調整”。觀察處理器的性能行為，識別處理器耗費時間的地方，發(fā)現(xiàn)處理器在做什么，然后提出最佳的操作組合來改進性能。最后實現(xiàn)新版的架構和/或代碼并進行再次評估。
實現(xiàn)架構或代碼的方法之一是采用CoolRunner-II設計套件。許多目標設計都能適合駐留在板上的256-宏單元 XC2C256。板上還留有空閑的引腳位置，可以用來增加64-宏單元XC264，其信號已經與XC256連接在一起了。在64宏單元CPLD中簡單構筑一個帶計數(shù)器和定時器的小型硬件性能監(jiān)示器就可以定時256宏單元CPLD中不同的代碼部分，并報告執(zhí)行時間。這樣，通過檢查地址空間和定時的行為，設計工程師就可以知道完成各種任務所需的時間。
PicoBlaze交叉匯編器
如前所述，PicoBlaze交叉匯編器具有完好的歸檔資料，因此PicoBlaze設計文件中早已存在匯編代碼與VHDL 之間的直接對應關系。編譯器是用ANSI-C編寫的，并在微軟的匯編器上匯編。該交叉匯編器具有高度的移植性，支持多種輸出文件類型。例如，它能產生二進制輸出文件，可以英特爾的hex格式裝載進外部EPROM。它也能產生適合VHDL仿真器使用的主要建模文件。設計工程師可以用高速仿真功能立即分析匯編器產生的代碼，從而了解代碼的功能和效率。然后將代碼下載到CoolRunner-II設計套件中，就可以看到它們正按期望的值正確工作。
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