MicroBlaze Processor hello world实验

MicroBlaze Processor hello world实验

实验目的

搭建microblaze工程，通过串口打印hello world，了解microblaze的使用，加深对FPGA硬件和软件开发的理解。

实验原理

MicroBlaze Processor是xilinx提供的一个软核处理器（使用FPGA资源实现的处理器，类似的arm也开源了一些单片机的软核如M3），支持32位或者64位，同时也有许多其他的配置。在使用软软核的情况下，fpga可以简单理解为软核处理器和FPGA两部分（类似ZYNQ），软核处理器运行C语言编写的程序，fpga依旧是硬件工程的功能。在要求不是特别严格的情况下，使用软核可以减轻fpga的硬件设计，优化系统结构。

实际上，实验开发流程和ZYNQ开发极为相似，软核也可以在ZYNQ上搭建，实现一个软核+硬核+FPGA的架构。简单的说，实验就是搭硬件平台，建软件工程，整个过程在vitis平台下进行，比较简单。

实验流程大致为：

1. 设计硬件平台，搭建有一个物理串口的MicroBlaze的硬件平台（vivado）
2. 创建软件hello world工程，并上板执行（SDK或者vitis）

实验环境

Vivado v2023.1 (64-bit)
开发板：AXU4EV-P （ALINX的，ZYNQ 4ev）

实验内容

1. vivado新建工程，根据自己的开发板型号设置就行。
2. 创建一个block design，根据需要命名。
3. 搜索并添加MicroBlaze IP核。
   
4. 点击“Run Block Automation”，可以把内存设置大一些，这里选择64KB，点击ok，会自动加入必须的IP，复位、时钟、片上存储、调试。
   
5. 根据实际情况设置时钟，使用的开发板是200M的差分时钟，然后复位选择一个按键来设置，由于按键按下时为低电平，时钟复位改为低复位。
   
   
6. 添加外设，这里只添加一个串口，添加一个AXI Uartlite并将波特率设置为115200。点击“Run Connection Automation”，会自动连线。
7. 添加管脚约束和时序约束，时钟、复位和串口（外部硬件接的），可以使用图形界面也可以使用代码。
   

create_clock -period 5 [get_ports diff_clock_rtl_0_clk_p]
set_property PACKAGE_PIN AE5 [get_ports diff_clock_rtl_0_clk_p]
set_property IOSTANDARD DIFF_SSTL12 [get_ports diff_clock_rtl_0_clk_p]

set_property PACKAGE_PIN AE14 [get_ports reset_rtl_0]
set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports reset_rtl_0]

set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports uart_rtl_0_rxd]
set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports uart_rtl_0_txd]
set_property PACKAGE_PIN AA10 [get_ports uart_rtl_0_rxd]
set_property PACKAGE_PIN AA11 [get_ports uart_rtl_0_txd]

8. 点击“√”进行检验设计。
   
   
9. 选择bd文件，点击Create HDL Wrapper，生成顶层文件，相当于把前面的搭建的平台实例化，会生成.v文件。选择“generate output product”。 点击“generate bitstream”走完fpga的开发流程。
   
10. 导出硬件平台，是一个xsa后缀的文件，后面需要用来创建软件的工程。
    
11. 到目前为止，硬件搭建完成。
12. 打开VITIS IDE，进行软件工程的创建。
    
13. 新建平台工程，选择之前生成的xsa文件。

15. 新建应用程序，需要先选择平台，可以看到我们刚刚创建的平台工程名，后面直接从模版hello world创建即可。
    
    
16. 分别点击平台和应用工程名，右键build编译工程，也可以点击小锤子图标。
    
17. 上板运行，也可以使用类似播放的按钮运行，左边的虫子图标是进行调试的，可以单步执行。串口调试助手就使用自带的终端，需要先手动调出来，在windows的show view里面。运行程序，可以看到串口终端有打印hello world的信息。可以修改打印内容进行验证，也可以学习下串口裸驱程序的编写。
    
    

实验总结

虽然实验过程比较简单，但是整个流程还是比较全面，包含了硬件开发和软件开发的流程，展示了二者之间的关系。硬件设计和构建平台，软件在前者平台的基础上进行程序开发。

参考资料

1. 创建最简单的MicroBlaze工程
2. MicroBlaze 串口发送 Hello World 实验
3. vitis打开自带的串口调试