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1 MicroBlaze的體系結構 MicroBlaze采用功能強大的32位流水線結構，包含32個32位通用寄存器和1個可選的32位移位器，時鐘頻率可達150 MHz；在Virrex一4 FPGA上運行速率高達120 DMIPS，僅占用Virtex—II Pro FPGA中的950個邏輯單元。MicroBlaze軟核的結構框圖如圖1所示。它具有以下基本特征： ①32個32位通用寄存器和2個專用寄存器(程序計數器和狀態標志寄存器)。 ②32位指令系統，支持3個操作數和2種尋址方式。 ③分離的32位指令和數據總線，符合IBM的OPB總線規范(與外設相連接的低速總線)。 ④通過本地存儲器總線(LMB，本地高速總線)直接訪問片內塊存儲器(BRAM)。 ⑤具有高速的指令和數據緩存(cache)，三級流水線結構(取址、譯碼、執行)。 ⑥具有硬件調試模塊(MDM)。 ⑦帶8個輸入和8個輸出快速鏈路接口(FSL)。 圖中接口信號說明如下： ①DOPB，器件內部的外圍設備數據接口總線，用于處理器與片內的設備進行數據交換。 ②DLMB，實現數據交換的本地塊存儲器總線。該總線為處理器內核與塊存儲器(BRAM)之間提供專用的高速數據交換通道。 ③IOPB，用于實現外部程序存儲器的總線接口。當程序較大時，需要外接大容量的存儲器。該總線提供讀取指令的通道。 ④ILMB，用于取指令的本地存儲器總線。該總線與器件內部的塊存儲器(BRAM)相連，實現高速的指令讀取。 ⑤MFSLO～7，主設備數據接口，提供點對點的通信通道。 ⑥SFSLO～7，從設備數據接口，提供點對點的通信通道。 2 MicroBlaze嵌入式開發工具EDK Xilinx公司提供了完善的嵌入式開發工具EDK(Em—bedded Development Kit)。EDK是Xilinx公司于2003年推出的SOPC(System On Programmable Chip)系統開發套件。該套件集成了豐富的開發工具和大量的IP核資源，其中集成的工具包括硬件平臺生成器(PlatGen)、硬件仿真模型生成器(SimGen)、硬件調試工具(XMD)、軟件庫生成器(LibGen)、應用軟件編譯工具(GNU Compilers)、軟件調試工具(GNU Debuggers)等；IP核資源包括LMB和OPB總線接口、外部存儲器控制器(EMC)、SDRAM控制器、UART接口、中斷控制器、定時器等。所有這些工具和資源都由EDK中的一個叫平臺工作室XPS(XilinxPlatform Studio)的集成開發環境統一管理。XPS提供一個友好的圖形用戶界面(GUI)，使用非常方便。設計流程如圖2所示。 3 液晶顯示模塊 MPG240128液晶模塊為圖形點陣式液晶，不僅可以顯示數字、字符等內容，還可以顯示漢字和任意圖形。該模塊的控制芯片為T6963C，與外部的連接只有8位數據線和6條控制線及電源。液晶模塊引腳說明如表1所列。MCtJ只要通過這些數據線和控制線，按照相應的時序進行讀寫，即可實現對模塊的顯示控制。 4 MicrOBlaze與液晶顯示模塊的接口 由于本文采用的液晶模塊已經自帶了顯示控制芯片T6963C，因此液晶模塊的外圍電路相對來說就比較簡單，只要考慮和MicroBlaze的接口電路即可。本設計采用GPIO模擬液晶模塊的時序，實現對液晶模塊的顯示控制。MicroBlaze和液晶模塊的接口電路如圖3所示。 在EDK開發套件的XPS集成開發環境下進行系統硬件設計。在其界面環境下，添加所需IP核，進行系統連接和各項參數設置。利用平臺產生器，根據硬件描述文件(．MHS文件)，生成嵌入式系統子模塊的網表文件(．NGC)，然后調用Xilinx的綜合工具XST進行綜合，從而構成整個應用系統的硬件模型。 本設計中采用了GPIO對液晶模塊進行控制。EDK提供了一系列API函數，通過這些函數可以很方便地對GPIO進行操作。下面先介紹2個函數： 其中，InstancePtr是指針，指向要控制的GPIO的基地址；Channel為通道值，選0或1。這兩個函數只對Mask中對應位為1的位有影響，比如，XGpio_DiscreteSet(&lcd240128，1，Ox00000001)將LCl3240128_pin＜O＞置1，而不影響其他位；同理，XGpio_DiscteteClear(&1cd240128，1，0x00000001)將LCD240128_pin＜0＞置0，而不影響其他位。為了增強程序的可讀性，增加了8個宏定義：#define wr_high()XGpio_DiscreteSet(&lcd240128，1，Ox00000800)，#define wr_low()XGpio_DiscreteClear(&1cd240128，l，0x00000800)，其他6個同理可推知。有了這2個函數，就可以很方便地編寫出寫命令和寫數據函數了。下面對這2個函數作簡要介紹： 液晶顯示圖形和字符都是由點陣組成的，因此，在液晶上顯示一個像素點是顯示圖形和字符的基礎。下面將單像素點顯示函數介紹如下： 有了單像素點顯示函數，就可以很方便地編寫出字符顯示函數和圖形顯示函數了。限于篇幅，這里不作介紹。 結 語 本設計已在Xilinx Spatan3 Starter Board上進行了驗證，取得了良好的效果。通過本設計的實現可以看出，MicroBlaze是一個功能強大、應用靈活的嵌入式軟處理器，特別是其強大的用戶自定義邏輯功能，極大地方便了系統設計。可以預見，基于嵌入式軟處理器的SOPC開發方法，必將擁有廣闊的應用前景。 |
