当前位置:首页 >> 建筑/土木 >>

第八章 基于FPGA的可编程嵌入式开发初步


嵌入式系统工程系

第八章 基于FPGA的可编程嵌入式开发初步
?可配置嵌入式系统 ?Xilinx嵌入式开发系统
? MicroBlaze ? PowerPC ? IP和及驱动

?EDK软件 ?XPS软件的基本操作

嵌入式系统工程系

可配置嵌入式系统
?FPGA在嵌入式系统中获得广泛应用
? 状态机模式:可以无外设、无总线结构和无实时操作 系统,达到最低的成本,应用于VGA、LCD控制等, 根据用户设计可达到不同的性能。 ? 单片机模式:包括一定的外设,可以利用实时操作系 统和总线结构,以中等的成本,应用于控制和仪表, 达到中等的性能。 ? 定制嵌入模式:高度集成扩充的外设,实时操作系统 和总线结构,达到高性能,应用于网络和无线通信等。 采用90nm生产工艺之后,FPGA器件处理能力更强, 且成本低、功耗少,已取代了相当数量的中小规模 ASIC 器 件 和 处 理 器 , 使 嵌 入 式 系 统 具 备 片 上 系 统 (SOC)的规模和动态可编程的能力,具有明显的优 势,成为嵌入式应用的主力军之一。

嵌入式系统工程系

可配置嵌入式系统
?Xilinx解决方案
? PicoBlaze:8位处理器软核,用汇编语言编写的程序 经过编译后放入FPGA的BlockRam存储区。 ? MicroBlaze:32位流水线RISC结构,包含32个32位 通用寄存器和1个可选的32位移位寄存器,时钟可达 150MHz。 ? PowerPC:32位PowerPC嵌入式环境架构。Virtex II Pro、Virtex 4、Virtex 5系列部分芯片中集成了2~4个 PowerPC 405处理器核。

嵌入式系统工程系

可配置嵌入式系统
?开发工具
? 嵌入式开发套件(EDK):用于设计嵌入式可编程系 统的全面的解决方案,该套件包括了嵌入式软件工具 (Platform Studio)以及嵌入式 IBM PowerPC硬件 处 理 器 核 和 / 或 Xilinx MicroBlaze 软 处 理 器 核 进 行 Xilinx平台FPGA设计时所需的技术文档和IP。

? Xilinx公司提供了大量的硬件平台(评估板),提供了 大量的软、硬件设计参考。

嵌入式系统工程系

Xilinx嵌入式开发系统
?MicroBlaze
? 支持CoreConnect总线的标准外设集合 ; ? RISC架构,哈佛结构32位指令和数据总线 ? 最精简的核只需要将近400个Slice 。

嵌入式系统工程系

Xilinx嵌入式开发系统
?MicroBlaze
? 通用寄存器

? 特殊寄存器 PC、MSR

嵌入式系统工程系

Xilinx嵌入式开发系统
?MicroBlaze
? 指令集
? A型指令 :两个源寄存器和一个目的寄存器,完成寄存 器到寄存器间的数据运算 ;

? B型指令:一个源寄存器、一个目的寄存器和一个16位 的立即数,进行寄存器和立即数间的数据运算。

嵌入式系统工程系

Xilinx嵌入式开发系统
?MicroBlaze
? 三级流水

嵌入式系统工程系

Xilinx嵌入式开发系统
?PowerPC
? 采用CoreConnect技术,可运行在100-133MHz的高 带宽64位总线 ; ? 独立的指令缓存和数据缓存、1个JTAG端口、Trace FIFO、多个定时器和一个内存管理单元(MMU); ? 集成了辅助处理器单元控制器(APU),可直接控制 FPGA架构内的硬件指令协处理 ; ? 不占用FPGA内部任何逻辑资源 。

嵌入式系统工程系

Xilinx嵌入式开发系统

嵌入式系统工程系

Xilinx嵌入式开发系统
?PowerPC
? 通用寄存器

嵌入式系统工程系

Xilinx嵌入式开发系统
?PowerPC
? 专用寄存器:计数寄存器、连接寄存器、调试资源、 计数器、中断寄存器等 。多数是应用程序不能访问的。 ? 机器状态寄存器:处理器的工作状态,允许用户修改。 ? 条件寄存器:可分为8个区域(CR0-CR7),每区域 包含4个比特,可用于控制所有的条件分支。应用软件 可访问所有的CR数值 。 ? 芯片控制寄存器:配置、控制和读取外部处理器,可 在特殊软件中通过mtdcr和mfdcr指令来访问。

嵌入式系统工程系

Xilinx嵌入式开发系统
?PowerPC
? 指令集 执行指令的速度接近每周期执行一条指令

嵌入式系统工程系

Xilinx嵌入式开发系统
?PowerPC
? 五级流水 取指、译码、执行、写回、加载写回

嵌入式系统工程系

Xilinx嵌入式开发系统
?常用的IP核以及设备驱动
? ? ? ? ? 通用I/O设备 中断控制器设备 定时器 外部存储器控制器 以太网、串口等通信设备

均以IP Core的形式给出,信号、时序、函数参见9.2.3节。

嵌入式系统工程系

Xilinx嵌入式开发系统
?嵌入式系统设计方案
? MicroBlaze系统架构

嵌入式系统工程系

Xilinx嵌入式开发系统
?嵌入式系统设计方案
? PowerPC系统架构

嵌入式系统工程系

Xilinx嵌入式开发系统
?系统地址分配
? MicroBlaze : 32 位 地 址 , 其 中 0x0000_0000 ~ 0x0000_0017 用 于 特 殊 处 理 , 0x0000_0018 ~ 0xFFFF_FFFF是用户可用的部分,LMB存储器从地址 0x0000_0018开始。 ? PowerPC:32位地址,其中每一个PowerPC都有其 系统引导(boot)区,地址为0xFFFF_FFFC,缺省的 可用空间为0xFFFF_0000 ~ 0xFFFF_FFFF。

嵌入式系统工程系

EDK软件
?嵌入式开发套件
? Embedded Development Kit(EDK) ? 自带了许多工具和IP,可以用来设计完整的嵌入式处 理器系统; ? 包括Xilinx平台工作室XPS和软件开发套件SDK ; ? 只有安装了ISE软件,才能正常运行EDK,且二者的版 本要一致。 ? 安装过程类似于ISE。

嵌入式系统工程系

EDK软件
? EDK的组成
? XPS:用来设计嵌入式处理器系统硬件部分的开发环境或GUI, 是系统设计者构建 Xilinx嵌入式系统时必用的工具套件。在XPS 中,可以完成嵌入式系统架构的创建、软件代码的编写、设计的 编译以及FPGA芯片的硬件配置。 ? SDK:集成的开发环境,基于Eclipse。它支持C/C++,用于嵌入 式软件应用的开发和验证。 ? 其它EDK部分: ? 用于Xilinx嵌入式处理器的硬IP; ? 用于嵌入式软件开发的驱动和库; ? 在 MicroBlaze和 PowerPC 处 理 器 上 用 于 C/C++软 件 开 发 的 GNU编译器和调试器; ? 有关文档以及一些工程样例等。

嵌入式系统工程系

EDK软件
?基于EDK的开发流程

嵌入式系统工程系

嵌入式系统工程系

EDK软件
?EDK的文件管理架构
? ? ? ? ? ? 板级支持包Board Support Package(BSP) XMP工程文件 MHS文件和其它的硬件平台元素 MSS文件和其它的软件平台元素 UCF文件 CMD文件
? 修改最多的是assignfile指令和program指令

? SDK工程文件
? 一个XPS嵌入式系统而言,可能有多个相应的SDK工程

嵌入式系统工程系

XPS软件的基本操作
?XPS的启动
? 单独启动:专门用于设计完备的嵌入式系统 。

? ISE中通过双击Embedded Processor类型的源文件来 打开 :可将嵌入式设计作为ISE设计的一个子模块 。

嵌入式系统工程系

XPS软件的基本操作
?利用基本系统创建器(BSB)创建新工程
? (1)启动XPS

嵌入式系统工程系

XPS软件的基本操作
? (2)选择工程路径

嵌入式系统工程系

XPS软件的基本操作
? (3)选择板型

嵌入式系统工程系

XPS软件的基本操作
? (4)选择处理器 内部集成了PowerPC内核的FPGA芯片(Virtex-2 Pro 以上部分型号)可以选择PowerPC或Microblaze,否 则只能选择Microblaze。

嵌入式系统工程系

XPS软件的基本操作
? (5)配置处理器

嵌入式系统工程系

XPS软件的基本操作
? (6)添加I/O接口

嵌入式系统工程系

XPS软件的基本操作
? (7)添加内部外围设备 如果开发板的部分外设在XPS中并没有提供,那么就 需要通过用户通过HDL语言实现自定制底层接口逻辑, 再将其作为外设导入到XPS中。
如果开发板上的设备在XPS库中都能找到,可以跳过 这一步骤 。

嵌入式系统工程系

XPS软件的基本操作
? (8)软件建立

嵌入式系统工程系

XPS软件的基本操作
? (9)配置存储器和外围设备的测试应用

嵌入式系统工程系

XPS软件的基本操作
? (10)创建系统

嵌入式系统工程系

XPS软件的基本操作
? (11)设计生成 “Finish”,XPS即与所创建的系统相关联。至此,就 完成了一个新系统工程的创建过程。
XPS的使用请参见9.4-9.6节。


赞助商链接
相关文章:
基于Java的FPGA可编程嵌入式系统
基于Java的FPGA可编程嵌入式系统_电脑基础知识_IT/计算机_专业资料。基于 Java ...第八章 基于FPGA的可编程... 35页 免费 FPGA嵌入式开发技术 98页 2下载券 ...
基于fpga的EDK教程
第1节 可配置嵌入式系统(EDK)介绍 9.1.1 基于 FPGA 的可编程嵌入式开发系统 嵌入式系统经历了从单片计算机、工业控制计算机、集中分布式控制系统,进而 发展到嵌入...
基于FPGA的嵌入式系统毕业论文、课程设计
基于FPGA的嵌入式系统毕业论文、课程设计_工学_高等教育_教育专区。目 1 Nios...Nios 系统设计人员可以使用 Nios 开发工具创建高性能的可编程片上系统 (SOPC) ...
基于FPGA的嵌入式系统设计
41 第5章 利用 Nios 嵌入式系统开发板完成 DDS 的设计 ... 44 5.1 理论...部分可编程模拟电路 单芯片,低功耗,微封装本文设计完成的是基于 FPGA 的嵌入式...
第1节 可配置嵌入式系统
第1 节 可配置嵌入式系统(EDK)介绍 EDK 9.1.1 基于 FPGA 的可编程嵌入式开发系统 嵌入式系统经历了从单片计算机、工业控制计算机、集中分布式控制系统,进而发展 ...
基于FPGA的VHDL毕业设计
基于FPGA的VHDL毕业设计摘要FPGA 是现场可编程门阵列(...1.1 选题背景本节将从 FPGA 嵌入式应用开发技术与...2 本设计第一章内容为绪论, 简单介绍论文背景以及...
基于FPGA的嵌入式系统设计论文
41 第5章 利用 Nios 嵌入式系统开发板完成 DDS 的设计 ... 44 5.1 理论...尤其是高密度现场可编程逻辑器件(Field Programmable Gate Array,FPGA)其设计性 ...
基于FPGA的电子琴设计
基于FPGA的电子琴设计_工学_高等教育_教育专区。南京...共阳极数码管本次设计所用的数码管为八位八段共...上可编程系统(SOPC)开发,集系统级设计、嵌入式软件...
基于FPGA嵌入式系统
本文主要是基于 fpga 现场可编程门阵列技术,从 系统架构、特点等方面介绍了嵌入式系统,希望为其进一步发展打 下基础。 [关键词]:fpga 芯片 嵌入式系统 嵌入式微...
基于FPGA的多功能电子时钟设计报告
1.1 选题背景 本节将从 FPGA 嵌入式应用开发技术与数字钟技术发展的客观实际...第二章 FPGA 简介 2.1 FPGA 概述 FPGA是现场可编程门阵列(Field Programmable ...
更多相关标签: