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FSL总线IP核及其在MicoBlaze系统中的应用

发布时间:2020-06-30 21:42:19 阅读: 来源:不锈钢板厂家

引 言

本文引用地址:随着半导体制造工艺的发展,以FPGA(现场可编程门阵列)为代表的新一代可编程逻辑器件(PLD)的逻辑资源密度不断增加,使得可编程技术很自然地就与系统芯片集成技术(SoC)的结合日益紧密,并逐步成为可配置平台技术(configurable platform)的主流。

目前,各主要PLD厂商基于FPGA的可配置平台虽然大都采用“微处理器十可编程逻辑”的架构,但在开发基于FPGA的嵌入式系统时,却采用了各自不同的方式来整合处理器系统与片上的其他逻辑资源(大多数以用户IP核形式出现)。MicroBlaze软核处理器是Xilinx公司为其FPGA器件开发的,其特有的FSL(Fast Simplex Link,快速单向链路)总线,可以实现用户IP核与软核处理器的高速连接,为设计者提供了一条解决这类问题的途径。

1 MicroBlaze软核处理器

1.1 概 述

MicroBlaze是基于Xilinx公司FPGA的微处理器软IP核。它采用RISC架构和哈佛结构的32位指令和数据总线,内部有32个32位宽度的通用寄存器;在150 MHz的时钟频率下,最高可达到125 DMIPS的处理性能,其逻辑结构如图1所示(图中省略了指令侧的同类接口)。使用Xilinx公司提供的EDK(嵌入式系统开发套件),可以在参数化的图形界面下方便地完成嵌入式软处理器系统的设计。其突出的优点,一是设计灵活性;二是可以整合用户自定义IP核,使得算法可以在硬件中并行地执行而不是在软件中串行执行,从而极大地加速软件的执行速度,即所谓的硬件加速。

1.2 MicroBlaze软核总线接口

MicroBlaze软处理器核具有丰富的接口资源。目前,最新版本的MicroBlaze软核支持的接口标准有:

◆带字节允许的OPB(On-chip Peripheral Bus,片上外设总线)V2.0接口;◆高速的LMB(Local Memory Bus,本地存储器总线)接口;◆FSL 主从设备接口;◆XCL(Xilinx Cache Link,Xilinx缓存链路)接口;◆与MDM(微处理器调试模块)连接的调试接口。 OPB是对IBM Core Connect片上总线标准的部分实现,适用于将IP核作为外设连接到MicroBlaze系统中。LMB用于实现对片上的blockRAM的高速访问。 FSL是MicroBlaze软核特有的一个基于FIFO的单向链路,可以实现用户自定义IP核与MicroBlaze内部通用寄存器的直接相连;而 XCL则是MicroBlaze软核新增加的,用于实现对片外存储器的高速访问。MicroBlaze软核还有专门的调试接口,通过参数设置,开发人员可以只使用特定应用所需要的处理器特性。

1.3 MicroBIaze系统的硬件加速 将用户IP核整合到基于MicroBlaze的嵌入式软核处理器系统中,通常有两种方法:一种方法是将IP核连接到OPB总线;第二种方法就是将用户IP连接到MicroBlaze专用的FSL总线上。OPB与FSL比较如表1所列。

注:①数据分别来自opb_v20和FSL_v20数据手册;

②该数据是在总线配置为1主2从情况下得到的;

③该数据对MicroBlaze软核而言。

从表1可见,尽管OPB和FSL都是MicroBlaze软核与FPGA其他片上逻辑资源连接的主要途径,但其特点决定了分工是不同的:OPB 总线适用于将低速和低性能要求的设备连接到MicroBlaze系统中;而FSL总线则适用于将时间要求高的用户自定义IP核整合到基于 MicroBlaze的软核系统中,以实现硬件加速。

2 FSL总线

2.1 FSL总线接口 FSL总线是一个基于FIFO的单向点对点通信总线,主要用于FPGA的两个模块问进行快速的通信。FSL总线IP核结构如图2所示,FSL接口的I/O信号如表2所列。

该接口的主要特点: ◆单向的点对点通信;◆非共享的无仲裁通信机制;◆支持控制位与数据分离的通信;◆基于FIFO的通信模式;◆可配置的数据宽度;◆高速的通信性能(独立运行达到600 MHz)。

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