microblaze软核处理器及其ip核调用

一、microblaze软核处理器简介

MicroBlaze™ CPU 是嵌入式、可修改预置 32 位 RISC 微处理器配置系列。利用没有成本、基于 Eclipse 的 Xilinx 软件开发套件，系统设计人员可在没有任何 FPGA 经验的情况下，使用所选的评估套件立即启动 MicroBlaze 处理器的开发。MicroBlaze 处理器符合大量不同应用的需求，这些应用包括工业、医疗、汽车、消费类以及通信市场等。

MicroBlaze 处理器还包含三个用于模拟类似处理器类型的预置配置。

• 微控制器：适合运行裸机代码
• 实时处理器：RTOS 上的确定性实时处理
• 应用处理器：支持嵌入式 Linux 功能

二、microblaze ip核配置说明

当把鼠标放在选项上时，会出现一个提示，会告诉你它有什么作用。下面详细介绍这些选项。

---Select implemention to optimize area(with lower instruction throughput)：使能面积优化功能。如果选了这个，implementation就会优化面积，尤其是减少流水线数量，从5条减少到3条。（推荐：建议在资源比较紧张的架构，如Artix-7，使能这个选项。然而，如果对性能有敏感的要求，就不要选这个选项，因为一些指令需要额外的时钟周期去执行。另外，对于MMU, Branch Target Cache, Instruction Cache Streams, Instruction Cache Victims, Data Cache Victims, ACE是不能进行面积优化的。）

---Enable MicroBlaze Debug Module Interface：使能调试功能。用Xilinx Microprocessor Debugger来下载、调试程序。（推荐：除非面积资源奇缺，否则不要禁止这个功能。）

---Use Instruction and Data Caches：当执行放在LMB之外的程序的时候，可以使用指令缓存来改善性能。指令缓存有如下特点：....当使用外部存储时，激活这个选项可以明显地改善性能，即使这个缓存很小。

---Enable Exceptions：当使用一个支持异常的操作系统时，需要激活这个选项。或者在一个单独的程序中添加异常回调函数。

---Use Memory Management：当使用一个支持虚拟内存保护的操作系统时（如Linux），需要激活。（当你使能面积优化或者堆栈保护功能时，内存管理单元是不可见的，自动禁止）

---Enable Discrete Ports：使能软核上的独立端口。

1、指令（Instructions）

---使能桶型移位器（Enable Barrel Shifter）：使能软核中的筒形移位器硬件。激活这个参数，就可以使用如下指令（bsrl,bsra,...）使能这个可以提高应用的性能，但是会增大软核的尺寸。如果激活，编译器会自动使用筒形移位器指令。

---使能浮点单元（Enable Floating Point Unit）：使能一个单精度浮点单元（FPU）。使用FPU可以明显地提高应用的单精度浮点性能，同时也会增大软核的尺寸。

---使能整形乘法器（Enable Integer Multiplier）：使能一个整形乘法器硬件。若激活，则可以在给MUL32赋值时，使用mul和muli指令。当给MUL64赋值时，使用mulh,mulhu,mulhsu指令。这个参数可以设置为NONE，可以把MUL或者DSP48释放，用作其他用途。这样做对软核的面积影响很小。当使用这个选项，编译器自动使用mul指令。

---使能整形除法器（Enable Integer Divider）：使能一个整形除法器硬件。若激活，可以使用idiv，iduvu指令。使能这个选项可以提高应用中的除法性能，但是增大了软核的尺寸。当使用这个选项，编译器自动使用idiv指令。

---使能额外机器状态寄存器指令（Enable Additional Machine Status Register Instructions）：若激活，则可以读写MSR，使用msrset和msrclr命令。可以提高访问MSR的性能。

---使能模式比较器（Enable Pattern Comparator）：如激活，则可以使用模式匹配指令pcmpbf，pcmpeq，pcmpne。模式匹配字节查找指令（pattern comparator byte find, pcmpbf）返回找到的第一个字节的位置，提高字符串和模式匹配操作的效率。若使能，SDK库会自动使用这个指令。pcmfeq和pcmpne指令根据两个字是否相同，返回1或者0。这些指令会提高setting flags的效率，编译器会自动使用它们。激活这个选项还可以count leading zeros指令，clz。clz指令能提高优先级编码的效率。

---使能保留的加载/保存和交换指令（Enable Reserved Load/Store and Swap Instructions）：lbur,lhur,lwr,sbr,shr,swr,swapb,和swaph。这些指令能够以相对的字节序来读写数据，交换指令能交换字节或者半个字长。当用little-endian的MicroBlaze访问big-endian的网络时，可以提高效率。

---使能额外的流命令（Enable Additional Stream Instructions）：当使用AXI4-Stream链接时，提供额外的功能。这包括动态访问指令GETD和PUTD，这两个指令用寄存器来选择接口。（重要：一定要激活流异常功能，才能使用这些指令，而且知道选择一个流链接）

2、优化

选择Implementation来优化面积（当指令吞吐量很低时）：这个选项和欢迎页的选项功能相同。...

3、容错

---使能容错功能（Enable Fault Tolerance Support）

三、

一个简单的Microblaze系统：
1. Microblaze核
2. 时钟产生模块、重置信号产生模块
3. LMB模块 局部存储模块，分为ILMB（指令）和DLMB（数据）
该模块用来作为CPU的内存，可以分成指令和数据两块内存，也可以共享一块内存
现假设指令和数据内存控制器是分开的，那么LMB模块由如下几个模块组成
两个LMB总线模块，两个LMB内存控制器，一个BRAM模块
其中LMB内存控制器的 SLMB Adrress Decode Mask指定了内存哪一位作为LMB解码器需要考虑地址解码的位，比如0x010，那么第5位就是被看作是否进行地址解码的位数

MicroBlaze可以直接操作GPIO、BRAM等模块而不使用API接口，使用"xil_io.h"头文件的如下函数：
Xil_Out32(REG_ADDR, Value);
Value = Xil_In32(REG_ADDR, Value);

Xilinx提供了xil_printf函数，比起printf函数少了浮点数的支持，程序小很多
在Xilinx提供UART调试窗口（相当于串口调试助手）：https://blog.csdn.net/lzy272942518/article/details/46681963

关于双浮点数：

MB可以处理双浮点数，但是MB硬件本身不支持双浮点数，它是在软件上模拟双浮点数，如果要用printf输出双浮点数，那么MB需要更大的内存，但是可以不需要Cache。

与FPGA的通信：

可以使用BRAM，GPIO、AXI协议和FPGA通信，支持异步通信。

 

 

原文：https://blog.csdn.net/truecrab/article/details/79776437