软件总体架构图

1软件总体架构图

软件结构如图1.1所示：

大容量数据采集与处理程序

工业以太网

网关路由程序

CGI

BOA

TCP/IP

操作系统界面

ucLinux 内核

MicroBlaze Ip 设计

图1.1 FPGA 数据采集软件架构图

以上是系统的软件结构框图，我们下面将就具体每一个步骤的设计进行一个简要的描述：

2 MicroBlaze IP 核设计

IP 字面意思是知识产权，在微电子领域，具有知识产权的功能模块成为IP Core 或IP 核。IP 可以用来生成ASIC 和PLD 逻辑功能块，又称为虚拟器件VC 。IP 核可以有很多种，比如UART 、CPU 、以太网控制器、PCI 接口等。根据IP 核描述的所在集成电路的设计层次，IP 可以分为硬IP 、软IP 、固IP 。硬IP 的芯片中物理掩膜布局已经得到证明，所有的验证和仿真工作都已经完成，用它可以直接生产硅片，系统设计者不能再对它进行修改。而软IP 是以行为级和RTL 级的Verilog 或VHDL 代码的形式存在，它要经过逻辑综合和版图综合才能最终实现在硅片上。固IP 则介于两者之间。

Xilinx 公司的MicroBlaze32位软处理器核是支持CoreConnect 总线的标准外设集合。MicroBlaze 处理器运行在150MHz 时钟下，可提供125 D-MIPS 的性能，非常适合设计针对网络、电信、数据通信和消费市场的复杂嵌入式系统。 1．MicroBlaze 的体系结构

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， 并访问其中的数据， 如图4.1所示

指令端总线接口

程序指针（PC ）

运算器

通用寄存器组32x32Bit

指 令 缓

冲指 令 译

码

数 据 端 总 线 接

口

DLMB

DOP B

图2.1 MicroBlaze 内核结构框图

(1)内部结构

MicroBlaze

内部有32个32位通用寄存器和2个32位特殊寄存器—— PC 指针和MSR 状态标志寄存器。为了提高性能，MicroBlaze 还具有指令和数据缓存。所有的指令字长都是32位，有3个操作数和2 种寻址模式。指令按功能划分有逻辑运算、算术运算、分支、存储器读/写和特殊指令等。指令执行的流水线是并行流水线， 它分为3级流水：取指、译码和执行，如图4.2所示。

指令1指令2指令3

指令周期4指令周期3

指令周期2指令周期1指令周期5

图2.2 MicroBlaze 的流水线

(2)存储结构

MicroBlaze 是一种大端存储系统处理器，使用如图4.3所式的格式来访问存储器。

31

7

8

151623240

图2.3 大端数据格式

(3)中断控制和调试接口

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JTAG 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。 (4)快速单一链路接口

MicroBlaze 处理器具有8个输入和8个输出快速单一链路接口(FSL)。FSL 通道是专用于单一方向的点到点的数据流传输口。FLS 和MicroBlaze 的接口宽度是32位。每一个FSL 通道都可以发送和接收控制或数据字。 2. CoreConnect 技术

CoreConnect是由IBM开发的片上总线通信链，它使多个芯片核相互连接成为一个完整的新芯片成为可能。CoreConnect技术使整合变得更为容易，而且在标准产品平台设计中，处理器、系统以及外围的核可以重复使用，以达到更高的整体系统性能。

Xilinx将为所有嵌入式处理器用户提供IBM CoreConnect许可，因为它是所有Xilinx 嵌入式处理器设计的基础。MicroBlaze处理器使用了与IBM PowerPC 相同的总线，用作外设。虽然MicroBlaze软处理器完全独立于PowerPC,但它让设计者可以选择芯片上的运行方式，包括一个嵌入式PowerPC，并共享它的外设。

CoreConnect总线架构如图4.4所示。它包括片上外围总线(OPB)，处理器本机总线(PLB)，设备控制寄存器(DCR)总线以及1个总线桥和2个判优器。

图2.4 CoreConnect 总线架构

(1)片上外设总线(OPB)

内核通过片上外设总线(OPB)来访问低速和低性能的系统资源。OPB是一种完全同步总线，它的功能处于一个单独的总线层级。它不是直接连接到处理器内核的。OPB接口提供分离的32 位地址总线和32位数据总线。处理器内核可以借助“PLB to OPB”桥，通过OPB访问从外设。作为OPB总线控制器的外设可以借助“OPB to PLB”桥，通过PLB访问存储器。

(2)处理器本机总线(PLB)

PLB接口为指令和数据一侧提供独立的32位地址和64位数据总线。PLB支持具有PLB总线接口的主机和从机通过PLB信号连接来进行读写数据的传输。总线架构支持多主从设备。每一个PLB主机通过独立的地址总线、读数据总线和写数据总线与PLB连接。PLB从机通过共享但分离的地址总线、读数据总线和写数据总线与PLB连接，对于每一个数据总线都有一个复杂的传输控制和状态信号。为了允许主机通过竞争来获得总线的所有权，有一个中央判决机构来授权对PLB的访问。

(3)设备控制寄存器总线(DCR)

设备控制寄存器总线(DCR)是为在CPU通用寄存器(GPRs)和DCR的从逻辑设