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基于MicroBlaze软核的FPGA片上系统设计

时间:2007-1-20栏目:电子通信论文

独立的地址总线、读数据总线和写数据总线与PLB连接。PLB从机通过共享但分离的地址总线、读数据总线和写数据总线与PLB连接,对于每一个数据总线都有一个复杂的传输控制和状态信号。为了允许主机通过竞争来获得总线的所有权,有一个中央判决机构来授权对PLB的访问。
  
  (3)设备控制寄存器总线(DCR)
  
  设备控制寄存器总线(DCR)是为在CPU通用寄存器(GPRs)和DCR的从逻辑设备控制寄存器(DCRs)之间传输数据而设计的。
  
  3MicroBlaze的开发
  
  应用EDK(嵌入式开发套件)可以进行MicroBlazeIP核的开发。工具包中集成了硬件平台生产器、软件平台产生器、仿真模型生成器、软件编译器和软件调试工具等。EDK中提供一个集成开发环境XPS(Xilinx平台工作室),以便使用系统提供的所有工具,完成嵌入式系统开发的整个流程。EDK中还带有一些外设接口的IP核,如LMB、OPB总线接口、外部存储控制器、SDRAM控制器、UART、中断控制器、定时器等。利用这些资源,可以构建一个较为完善的嵌入式微处理器系统。
  
  在FPGA上设计的嵌入式系统层次结构为5级。可在最低层硬件资源上开发IP核,或或已开发的IP核搭建嵌入式系统,这是硬件开发部件;开发IP核的设备驱动、应用接口(API)和应用层(算法),属软件开发内容。
  
  利用MicroBlaze构建基本的嵌入式系统如图5所示。通过标准总线接口—LMB总线和OPB总线的IP核,MicroBlaze就可以和各种外设IP核相连。
  
  EDK中提供的IP核均有相应的设备驱动和应用接口,使用者只需利用相应的函数库,就可以编写自己的应用软件和算法程序。对于用户自己开发的IP核,需要自己编写相应的驱动和接口函数。软件设计流程如图6所示。
  
  4MicroBlaze的应用
  
  在软件无线电系统中,一般采用“微处理器+协处理器”结构。微处理器一般使用通用DSP,主要完成系统通信和基带处理等工作;协处理器用FPGA实现,主要完成同步和预处理等底层算法的运算任务。在本课题中,采用的基带处理算法比较简单,应用软处理器IP核代替DSP,在一片FPGA内就能实现整个系统的设计。这样可以简化系统的结构,提高系统的整体性能。
  
  本课题的系统设计如图7和图8所示,FPGA片上系统主要完成两个任务—发送和接收数据。对于发送任务,FPGA完成硬件算法的初始化,接收串口数据,并将数据存储在双口SRAM中,系统硬件算法部分对双口SRAM中数据进行基带处理,并将结果送给D/A转换器。对于接收任务,FPGA接收A/D转换器送来的数据,进行基带处理,并将数据存储在双口SRAM中,把存储在双口SRAM中的数据通过串口发送回主机。
  
  在EDK开发套件的XPS集成开发环境下进行系统硬件设计。在其界面环境下,添加IP核,进行系统连接和各项参数设置。由于系统中包含的硬件算法模块不是标准模块,因此工程需要设置成子模块方式,利用平台产生器,根据硬件描述文件(.MHS文件),生成嵌入式系统子模块的网表文件(.NGC)。然后在ISE设计环境下,从外部通过GPIO端口与硬件算法模块相连,从而构成整个应用系统的硬件模型。
  
  在EDK中,每一个外设IP模块都有自己的软件函数库。利用Libgen工具,将所需外设函数数库的头文件添加进工程中,通过调用这些函数可以操作和控制这些外设。例如对串口的操作如下:
  
  //初始化串口,设置波特率等参数,清空发送和接收缓冲,禁止中断;
  
  XuartLite_Initialize(&UART,XPAR_MYUARTLITE_DEVICE_ID);
  
  //发送接收数据
  
  XuartLite_Send(&UART,&send_data,1);XUartLite_Recv(&UART,&recv_data,1);
  
  
  
  
  使用标准C语言进行应用程序的开发,编写相应的算法软件,完成系统功能。软件流程如图9所示。
  
  将编写的程序代码利用mb-gcc编译工具,根据系统的软件一并,生成.ELF文件。在编译链接之前,若选择调试方式,就会在生成文件中加入调试接口SMDst

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