FPGA使用MicroBlaze软核
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| 文档名称 | 版本 | 作者 | 时间 | 备注 |
|---|---|---|---|---|
| FPGA使用microblaze软核 | v1.0.0 | DuRuofu | 2024-02-23 | 首次建立 |
FPGA使用MicroBlaze软核
一、什么是MicroBlaze
MicroBlaze 是 Xilinx 公司提供的一款 32/64 位软核嵌入式处理器，是一款高度灵活可配置的易用型处理器， 它能够利用 FPGA 内部通用资源和相关 IP 核，实现可编程片上系统（SOPC）的设计。该处理器采用的是32 位 RISC（Reduced Insrtction System Computer）优化结构和 Harvard 总线结构，广泛适用于 Spartan、 Virtex 和 Artix 等系列的 FPGA。
MicroBlaze是基于Xilinx公司FPGA的微处理器IP核·和其它外设IP核一起·可以完成可编程系统芯片(SOPC)的设计。MicroBlaze处理器采用RISC架构和哈佛结构的32位指令和数据总线·可以全速执行存储在片上存储器和外部存储器中的程序,并访问其数据。MicroBlaze可以响应软件和硬件中断·进行异常处理·通过外加控制逻辑·可以扩展外部中断。利用微处理器调试模块(MDM)IP核·可通过]TAG接口来调试处理器系统。多个MicroBlaze处理器可以用1个MDM来完成多处理器调试。
FPGA是可编程的硬件逻辑电路·microblaze是一种处理器CPU电路·使用microblaze，相当于就是在FPGA内部做了一个CPU在里面，可以用C语言写程序·在这个CPU上跑C语言的软件程序，FPGA偏向逻辑·但是做控制比较麻烦，用CPU跑C程序控制比较方便。这就是嵌入式系统，包括嵌入式硬件系统部分以及运行在其硬件的嵌入式软件。因此嵌入式系统的开发流程需要分为嵌入式硬件与软件两个部分。在FPGA中通过FPGA内部逻辑资源搭建了嵌入式硬件系统，而在其中的CPU核上需要编写嵌入式程序。
二、使用FPGA进行嵌入式设计
在Vivado中通常使用Vivado IP核集成器环境来搭建嵌入式系统硬件平台使用Vivado SDK （或者Vitis）来编写、编译以及调试嵌入式系统的软件部分。
2.1 嵌入式硬件平台搭建
嵌入式硬件平台搭建的流程与普通的FPGA设计并无太大区别·仍然是设计输入、设计综合、设计实现等主要步骤。在硬件平台设计实现并生成Bt文件后，需要执行硬件平台导出的操作，即将所搭建的硬件平台的信息导出至Vivado SDK中，以便在SDK中继续进行软件开发
2.2 嵌入式系统软件设计
在Vivado将硬件平台设计导出至SDK（或者Vitis）中后，在SDK中可针对硬件平台进行创建对应的软件应用工程以及BSP板级支持包工程。SDK工具会根据具体的硬件平台信息将对应硬件模块得软件提取至BSP工程中·用户可方便地使用BSP中所提供的驱动函数来进行软件开发。SDK中可以进行软件的编写调试以及FPGA平台的硬件配置。
二、实际使用
2.1 整体步骤
2.2 设计框图
2.3 依赖介绍
- AXI总线，可以参考这篇笔记：AXI总线
- AXI GPIO IP核简介：PL部分核ARM通信，依靠的就是AXI总线，添加AXI GPIO IP核，利用PL的资源来扩充GPIO资源
- AX-uartlite IP核简介：AXI-uartlite是Xilinx提供的驱动串口的IP核，用AXI-Lite总线接口和用户进行交互，速度根据不同的芯片调整，总的来说使用比较简单，收发数据也比自己写的串口驱动程序要稳定
2.4 实际设计
2.4.1 新建block design设计
2.4.2 调用microblaze IP核
2.4.3 调用其他 IP核
1. 配置GPIO IP核
修改名称：
位宽和输出配置:
2. 配置串口 IP核
2.4.4 自动布线
效果:
1. 修改和调整:
差分时钟改为单端时钟:
去掉复位和锁信号
右键clk_in 引出引脚:
效果:
添加常量IP核 提供始终为一的复位信号(可省)
2. 再次连线
选择所有:
结果:
可以重新布局:
效果:
2.4.5 生成HDL_WAPPER
综合-生成IP的相关文件:
好了之后选择生成顶层文件:
生成成功:
2.4.6 综合实现管脚约束
进行引脚约束:(硬件平台: 正点原子达芬奇PRO)
综合工程
继续布局布线生成网表:
2.4.7 生成bit文件
2.4.8 使用SDK
1、新建SDK工程
2、使用Hello World
如下：
编译代码：
编译成功如下：
下载文件到板卡：
下载完成：
运行代码：
参考链接
- https://www.bilibili.com/video/BV1p54y1B7PY/?spm_id_from=333.880.my_history.page.click&vd_source=ef5a0ab0106372751602034cdd9ab98e
- https://blog.csdn.net/weixin_39789553/article/details/118105365
- https://www.bilibili.com/video/BV1aK4y147qp/?spm_id_from=333.788.recommend_more_video.-1&vd_source=ef5a0ab0106372751602034cdd9ab98e
- https://www.bilibili.com/video/BV16K411p7Wr/?spm_id_from=333.788.recommend_more_video.-1&vd_source=ef5a0ab0106372751602034cdd9ab98e