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发表于 2015-06-10 20:38:28
Picroblaze 介绍：
PicoBlaze微控制器是赛灵思推出的一个高性能低成本的8位处理器软核，它由Veriolog或VHDL语言实现，可以在FPGA／CPLD上实现，具有设计灵活方便，运行速度快，占用资源少的特点。虽然现在32位处理器大为盛行，但在一些低速的复杂控制方面使用PicoBlaze微控制器具有较大的成本优势，在这些应用中使用PicoBlaze微控制器将是一个比较好的方案。PicoBlaze微控制器的实现代码对用户是公开的，可使用户完全掌握设计中的所有细节，方便调试与使用，设计者甚至可以修改代码、增加和减少功能块来定制自己专用的处理器，体现了极大地灵活性，在低成本的场合使用还是相当不错的。
PicoBlaze结构概述
PicoBlaze微控制器由16 字节的通用寄存器、1K×18 BIT ROM、1个字节宽度ALU、64 字节的内
部RAM和程序计数器等组成，具体框图如下图一所示（摘自赛灵思文档ug129.pdf）：
PicoBlaze微控制器提供57条不同的指令，256个直接或间接的可设定地址的端口，1个可屏蔽的中断，依赖于具体实现的FPGA型号，可获得44～100 MIPS的性能。更详细的描述请参考附件中UG129和KCPSM3_Manual，附件KCPSM3中也包含Pircoblaze3的代码及编译器，这些内容在XILINX的官网可以下载到。网上还可以找到基于Pircoblaze的IDE仿真环境，下载地址:http://www.mediatronix.com/pBlazeIDE.htm，这个软件也会包含在附件pBlaze_ide中。
关于PicoBlaze的详细使用会在后续的帖子中给出相关例程。
由于源码采用的基于LUT的描述方式，所以在阅读和理解上比较麻烦，为了更好的理解Picroblaze这个简单CPU，花了一天的时间使用Verilog的行为级描述重写了一个非常简单的PPicroblaze，开始支持的指令只有四条，寄存器只写了S1，指令空间为1K，后面有时间的话，希望能够完成整个Picroblaze。重写的目的仅仅是想深入的了解的架构。CPU结构图如下：
Ppicroblaze代码如下:
-
module ppblaze(clk,rst,port_id,out_port);
-
/***** *****/
-
input clk,rst;
-
output[7:0] port_id;
-
output[7:0] out_port;
-
//--- ---
-
wire [9:0] address;
-
wire [17:0] instruction;
-
wire [5:0] cmd;//just for simulate
-
-
assign cmd = instruction[17:12];
-
/*** ***/
-
reg clk_div2;
-
-
always @(posedge clk or posedge rst) begin
-
if(rst) clk_div2 <= 1'd0;
-
else clk_div2 <= ~clk_div2;
-
end
-
/*** ****/
-
reg pc_sel,rs1_sel,rs1_load,id_load,out_load;
-
-
always @(rst or instruction) begin
-
if(rst) {pc_sel,rs1_sel,rs1_load,id_load,out_load} <= 5'b00000;
-
else
-
case (instruction[17:12])
-
6'b000000:{pc_sel,rs1_sel,rs1_load,id_load,out_load} <= 5'b00100;//load
-
6'b011000:{pc_sel,rs1_sel,rs1_load,id_load,out_load} <= 5'b01100;//add
-
6'b101100:{pc_sel,rs1_sel,rs1_load,id_load,out_load} <= 5'b00011;//out
-
6'b110100:{pc_sel,rs1_sel,rs1_load,id_load,out_load} <= 5'b10000;//jump
-
default:{pc_sel,rs1_sel,rs1_load,id_load,out_load} <= 5'b00000;
-
endcase
-
end
-
-
/*** pc control ***/
-
reg [9:0] pc_r;
-
-
always @(posedge clk_div2 or posedge rst) begin
-
if(rst) pc_r <= 10'd0;
-
else if(pc_sel) pc_r <= instruction[9:0];
-
else pc_r <= pc_r + 1'd1;
-
end
-
-
assign address = pc_r;
-
/*** rs1 regitor ***/
-
reg[7:0] rs1;
-
wire[7:0] rs1_data;
-
wire[7:0] add_reault;
-
-
assign rs1_data = rs1_sel ? add_reault:instruction[7:0];
-
-
always @(posedge clk_div2 or posedge rst) begin
-
if(rst) rs1 <= 8'd0;
-
else if(rs1_load) rs1 <= rs1_data;
-
end
-
/*** add ***/
-
assign add_reault = instruction[7:0] + rs1;
-
/*** out instrution ***/
-
reg[7:0] port_id;
-
reg[7:0] out_port;
-
-
always @(posedge clk_div2 or posedge rst) begin
-
if(rst) {port_id,out_port} <= {8'd0,8'd0};
-
else begin
-
if(id_load) port_id <= instruction[7:0];
-
if(out_load) out_port <= rs1;
-
end
-
end
-
/*** ***/
-
led program
-
(
-
.address(address),
-
.instruction(instruction),
-
.clk(clk));
-
-
endmodule
Led program是使用汇编程序生成的RAM代码,verilog或VHDL格式都有，可以使用附件的KCPSM3汇编器生成，在DOS窗口下输入汇编器的当前路径，调用改汇编器即可。
Led program源代码很简单，仅包含四条语句，完成一个简单的流水灯程序(没有延时，实际用估计一闪而过了)。
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CONSTANT led, 01
-
LOAD s1,01
-
start:
-
ADD s1,01
-
OUTPUT s1,led
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JUMP start
我们先使用pBlazIDE编辑、仿真环境来仿真一下。pBlazIDE界面如下，还是比较美观的。pBlazIDE仿真的程序和编译的程序格式不大一样，这点需要注意，需要仿真程序是，从file菜单下选着导入即可。可以看到随着程序的运行，右边的led在逐渐变化
 
接着我们做硬件仿真，在附件中提供了完整的仿真代码，包括测试激励和BlackRam库文件，打开modelsim，选着当前的路径后，在Transcipt中输入do run.do 即可看到仿真波形
attachment.zip
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