3.9 Обзор микроконтроллеров класса «soft-core»

Кроме всего многообразия поддерживаемых Xilinx средств для проектирования и отладки, облегчающих все этапы маршрута проектирования, фирмой Xilinx также поддерживаются два типа микроконтроллеров, реализованных в виде закрытых HDL описаний, а также описаний на уровне логических примитивов FPGA.

3.9.1 PicoBlaze

PicoBlaze (KCPSM3) представляет собой крошечный 8-ми разрядный микроконтроллер, доступный для использования в семействах FPGA Spartan 3 и Spartan 6, служащий для замены сложных конечных автоматов более простой программной реализацией. При этом данный микроконтроллер использует один единственный внешний банк блочной памяти, рассчитанный не более чем на 1024 инструкции.

При реализации на FPGA, данный блок занимает всего лишь порядка 100 LUT. Тем не менее, не смотря на свои размеры, данный блок является полноценным контроллером, имеющим расширенный набор команд и способный обрабатывать внешние прерывания. PicoBlaze имеет в своем составе 2-х ступенчатый конвейер, позволяющий выполнить абсолютно любую инструкцию за 2 такта. Кроме этого данный блок имеет свой собственный компилятор и соответствующий язык ассемблер. Структурная схема микропроцессора PicoBlaze представлена на рисунке 3.9.1.

Рисунок 3.9.1 — Структурная блок-схема PicoBlaze

3.9.2 MicroBlaze

MicroBlaze представляет собой высокопроизводительный конфигурируемый 32-х разрядный процессор, основанный на RISC архитектуре. Процессор обладает конвейером глубиной от 3-х до 5-ти тактов, опциональным кэшем, блоком MMU для управления виртуализацией памяти и т.д. Набор настроек позволяет оптимизировать процессор по занимаемым ресурсам и производительности в зависимости от требуемой задачи. Также имеется простой интерфейс подключения внешних IP-блоков и сопроцессоров, позволяющих аппаратно реализовывать критические для производительности функции. Кроме этого, в связи с тесным сотрудничеством между компаниями Xilinx и ARM, данный микроконтроллер обладает поддержкой высокопроизводительной шины AXI, применяемой в контроллерах с архитектурой ARM, что облегчает использование данного контроллера и его интеграцию с блоками, разработанными сторонними производителями.

Без блока управления памятью (MMU) на MicroBlaze могут работать операционные системы с упрощенной защитой и виртуальной памятью, такие как uClinux или FreeRTOS. С блоком управления памятью возможна работа операционных систем, требующих аппаратной поддержки страничной организации и защиты памяти, таких как Linux.

4. Проектирование аппаратуры с использование языка Verilog hdl

Прежде всего хотелось бы отметить, что обсуждение языка Verilog HDL в данной книге носит скорее вводный характер и не претендует на раскрытие всех конструкций языка. Вместо этого, разделы, описывающие Verilog HDL должны дать вам некоторое понимание в непосредственном процессе проектирования и помочь вам ощутить на простых примерах разницу между написанием программ на языках высокого уровня и описанием работы цифровой аппаратуры.

Не смотря на это, обсуждение языка Verilog HDL предполагает у читателя базовые знания и понимание принципов написания программ на языках высокого уровня. Такие вещи как комментарии, идентификаторы, чувствительность языка к регистру и т.д. не будут подробно освещаться. Мы просто отметим, что язык Verilog HDL чувствителен к регистру, имеет структуру комментариев и ограничения по построению идентификаторов, аналогичные языку С.

За более подробной информацией по Verilog HDL обращайтесь к списку рекомендуемой литературы, представленному в конце книги и особенно к стандарту языка.