手把手課堂：簡(jiǎn)單MicroBlaze微控制器的理念

　　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(kāi)發(fā)工作所需的全部信息。開(kāi)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(kāi)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(kù)以及實(shí)用程序等。

　　圖4顯示了以軟件定義文件開(kāi)始的標(biāo)準(zhǔn)的SDK開(kāi)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。

　　您可用C或C++語(yǔ)言編寫(xiě)軟件應(yīng)用，并將其存儲(chǔ)于微控制器Block RAM中。此外，RAM空間還可作為微控制器的ROM，因?yàn)樗杀活A(yù)載至FPGA比特流中的應(yīng)用。用戶在配置了FPGA并為微控制器復(fù)位解除斷言后，應(yīng)用就將開(kāi)始從內(nèi)部RAM/ROM空間執(zhí)行。微控制器功能非常完整。

　　調(diào)試選項(xiàng)支持應(yīng)用的全源級(jí)調(diào)試，能提供存儲(chǔ)器、寄存器以及變量的直觀視圖。用戶能夠在應(yīng)用中設(shè)置斷點(diǎn)，以更好地開(kāi)展調(diào)試。設(shè)計(jì)人員可使用與FPGA配置相同的線纜進(jìn)行調(diào)試。完成后就能清除調(diào)試選項(xiàng)，以縮小控制器的尺寸。

　　設(shè)計(jì)示例

　　我們不妨來(lái)看看一些賽靈思開(kāi)發(fā)板的LCD控制器參考設(shè)計(jì)，這種設(shè)計(jì)綜合采用了簡(jiǎn)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(jiǎn)單，初始化序列較長(zhǎng)，而且需要大量字符代碼。

　　通過(guò)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1.52毫秒的延遲，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，其它的延遲則需要1μs。

　　我們可在C語(yǔ)言代碼中用while回路來(lái)處理延遲問(wèn)題，不過(guò)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(xiě)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(xiě)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，頂級(jí)文件還包括簡(jiǎn)單MicroBlaze 微控制器的示例，運(yùn)行頻率為66 MHz。

　　C語(yǔ)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。

　　在Virtex-6 ML605電路板上，設(shè)計(jì)所用的FPGA資源還不足1%，并可為設(shè)計(jì)分區(qū)提供更加高效的方式。與僅采用HDL方案的實(shí)施和調(diào)試相比，C語(yǔ)言代碼的編譯和調(diào)試要快一個(gè)數(shù)量級(jí)。

　　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(kāi)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(chéng)然，雖然簡(jiǎn)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(jiǎn)單微控制器來(lái)高效提供控制功能的用戶來(lái)說(shuō)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(wú)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。