PicoBlaze軟核的仿真與調(diào)試

引言

PicoBlaze是Xilinx公司為Virtex、Spartan系列FPGA和CoolRunnerII系列CPLD設(shè)計的8位嵌入式處理器軟核。PicoBlaze嵌入式處理器具有高達(dá)44～100 MIPS的指令執(zhí)行速度，并具有效率高、占用資源少等優(yōu)點，可以方便地嵌入到硬件系統(tǒng)設(shè)計中，實現(xiàn)與其他功能模塊的無縫連接[1]，在FPGA嵌入式系統(tǒng)中具有廣泛的應(yīng)用。傳統(tǒng)的PicoBlaze項目調(diào)試方法通常將PicoBlaze的匯編程序編譯后，與FPGA相關(guān)邏輯綜合、實現(xiàn)，然后下載到電路板上進(jìn)行板級驗證，往往要花費大量時間，效率低下。本文介紹了一種基于pBlazIDE的PicoBlaze匯編程序仿真調(diào)試方法，并對基于JTAG Loader的PicoBlaze程序快速更新方法進(jìn)行了詳細(xì)分析。實踐證明，該方法簡便可行、效率較高，大大加快了PicoBlaze項目的調(diào)試進(jìn)度。

1　pBlazIDE仿真調(diào)試工具

pBlazIDE是一款免費的圖形化仿真調(diào)試工具，只有145 MB，無需安裝即可使用[1]，非常適合于PicoBlaze匯編程序的前期仿真驗證。pBlazIDE具有以下功能：

◆ 按語法分色高亮顯示代碼;

◆ 指令集仿真器，可設(shè)置斷點，并可查看寄存器和存儲器內(nèi)容;

◆ 源代碼格式化;

◆ KCPSM3到pBlazIDE導(dǎo)入功能，并自動完成語法轉(zhuǎn)換;

◆ 支持語法分色高亮顯示HTML文件輸出。

pBlazIDE仿真調(diào)試工具窗口布局如圖1所示。pBlazIDE仿真調(diào)試工具窗口布局為標(biāo)準(zhǔn)的Windows界面，主要包括菜單欄、工具欄、代碼區(qū)、I/O端口欄、PicoBlaze處理器狀態(tài)欄、暫存RAM欄、輸出狀態(tài)區(qū)和系統(tǒng)狀態(tài)欄。其中，I/O端口欄和暫存RAM欄只有在程序中使用了I/O端口和暫存RAM時才顯示，平時默認(rèn)為不顯示狀態(tài)。PicoBlaze處理器狀態(tài)欄顯示程序運行過程中PicoBlaze的寄存器值和標(biāo)志位狀態(tài)，輸出狀態(tài)區(qū)顯示程序編譯和運行信息，系統(tǒng)狀態(tài)欄顯示內(nèi)容包括程序運行時間、當(dāng)前PC值、當(dāng)前堆棧指針和堆棧值等。

圖1　pBlazIDE仿真調(diào)試工具

pBlazIDE與標(biāo)準(zhǔn)的KCPSM3語法相比，除中斷處理和其他少量語句外，大部分均相同。在導(dǎo)入KCPSM3程序時，pBlazIDE會自動完成語法轉(zhuǎn)換，無需人工干預(yù)。必須注意的是，pBlazIDE對KCPSM3語法中I/O端口的定義不會自動轉(zhuǎn)換，必須手動修改，否則編譯時會報錯。例如，KCPSM3語法中輸出端口定義LED EQU 1應(yīng)修改為LED DSOUT 1，輸入端口和雙向口的定義與此類似。

pBlazIDE仿真調(diào)試步驟如下：

① 打開pBlazIDE仿真調(diào)試工具，在Settings里選擇合適的Picoblaze 類型，對于Spartan3、VirtexII或VirtexII Pro系列FPGA選擇Picoblaze 3即可。另外，還需在Settings→Options中設(shè)置軟核的系統(tǒng)時鐘，以便pBlazIDE顯示程序精確運行時間。

② 點擊File→Import命令，導(dǎo)入KCPSM3語法格式的.psm源文件，pBlazIDE會自動完成語法轉(zhuǎn)換。

③ 手動修改I/O端口定義，以滿足pBlazIDE語法要求。

④ 單擊AssembleSimulate按鈕，對程序進(jìn)行匯編，如果程序沒有錯誤，即可開始仿真。仿真既可以全速運行，也可以單步運行，并可設(shè)置斷點等，大部分功能與常用的單片機(jī)開發(fā)軟件Keil 51類似。在仿真過程中，可以查看或修改寄存器和存儲器內(nèi)容，監(jiān)測I/O輸出是否與預(yù)期結(jié)果相符，設(shè)置輸入端口值和模擬端口輸入;另外，還可以對外部中斷進(jìn)行模擬仿真，極大地方便了用戶程序調(diào)試。