1.3.5 嵌入微处理器的FPGA设计流程.ppt

1 3 5嵌入PowerPC405微处理器的FPGA设计流程 1 PowerPC405的使用方式 Xilinx公司的Virtex Pro系列器件内嵌高性能的32位RISC内核PowerPC405 在Virtex Pro系列器件中 PowerPC405主要有两种使用方式 1 深埋式应用2 复杂嵌入式应用 1 深埋式应用 深埋式应用如图1 3 5所示 PowerPC405仅使用FPGA内部的BlockRAM 不与FPGA外部资源发生直接联系 不需要实时操作系统和外界接口 PowerPC405的深埋式应用比较适合于FPGA内部复杂逻辑控制 数据包处理等场合 图1 3 5PowerPC405深埋式应用 2 复杂嵌入式应用 复杂嵌入式应用如图1 3 6所示 PowerPC405使用FPGA外部的存储单元 使用CoreConnect总线和外围接口 PowerPC405的复杂嵌入式应用通常需要实时操作系统 比较适合于以FPGA为核心的复杂应用 图1 3 6PowerPC405复杂嵌入式应用 2 设计流程 针对嵌入PowerPC405的FPGA设计 Xilinx公司提出了软硬件协同设计的完整流程 包括 整体方案设计 硬件系统设计 硬件系统仿真和验证 软件系统设计 软件仿真与验证几部分 整体方案设计 在整体方案设计阶段 将明确设计目标 划分软硬件系统 确定仿真验证策略 硬件系统设计 在硬件系统设计阶段 将确定硬件系统的整体结构 明确PowerPC405的目标功能和具体应用方案 并通过微处理器硬件规范 MHS MicroprocssorHardwareSpecification 文件来描述PowerPC405的总线和接口结构 在EDK集成开发环境中 调用platgen可以将MHS文件转换成相应的网表文件和顶层HDL文件 硬件系统仿真和验证 在硬件系统仿真和验证的设计阶段 将确定整个硬件系统的仿真和验证方案 并通过微处理器验证规范 MVS MicroprocessorVerificationSpecification 文件描述 在EDK集成开发环境中 调用simgen可以将MVS文件转换成相应的仿真和验证文件 软件系统设计 在软件系统设计阶段 将确定基于PowerPC405的软件系统 并通过微处理器软件规范 MSS MicroprocessorSoftwareSpecification 文件描述 在EDK集成开发环境中 调用libgen可以将MSS文件转换成相应的用户驱动 库文件和中断处理程序 软件仿真与验证 在软件仿真与验证阶段 通过使用Xilinx公司提供的GNUDebugger或其他第三方设计工具 对嵌入式软件进行调试 针对Virtex Pro系列器件中PowerPC405的设计和使用 Xilinx公司基于ISE4 2系列软件推出了专用开发工具一V2PDK 基于ISE5 x系列软件推出了专用开发工具EDK 在基于PowerPC405的FPGA设计过程中 嵌入式软件工程师仍然可以独立地进行软件设计 硬件逻辑工程师也可以继续采用过去的设计方法 通过使用Data2BlockRAM 软件代码可以在FPGA中使用 Data2BlockRAM的主要作用是把软件代码 elf文件 FPGA设计 bit文件 BlockRAM初始化数据 bmm文件 转换成新的FPGA设计 bit文件 和存储数据 mem文件 以下是嵌入PowerPC405的FPGA软硬件设计流程 嵌入PowerPC405的FPGA软硬件设计流程 软件仿真与验证 目前 针对Virtex Pro系列器件中PowerPC405的软件开发 Xilinx公司推出了两种软件开发工具 GNU和WindRiverXE 其中 WindRiverXE是Xilinx公司与WindRiver公司合作开发的嵌入式软件设计工具 它包括DiabCompiler和SingleStepDebugger GNU是XilillX公司自主开发的嵌入式软件设计工具 基于GNU的嵌入式软件设计主要包括编辑 编译 链接和调试等步骤 在Virtex Pro系列器件的硬件开发过程中 如果不使用PowerPC4OS内核 整个设计流程与普通FPGA的设计流程完全一致 如果使用POwerPC405内核 硬件设计应注意以下三点 正确设计PowerPC405的外围总线和接口 正确使用PowerPC405的仿真模型 目前 PowerPC405的仿真模型包括 PowerPC405的仿真模型 a SmartModel该模型是加密仿真模型 仿真速度很慢 SmartModel仿真模型必须在支持SWIFT接口的仿真工具中使用 目前 ModeISimSE5 6可以支持SWIFT接口 b BusFunctionalModel该模型仿真速度比较快 它通过模拟PowerPC405外围总线的操作对PowerPC405内核进行仿真 由于Virtex Pro系列器件中的PowerPC405内核仅支持ICU DCU和DCR三种CPU总线工作模式 所以Virtex Pro系列器件中的BusFunctionalModel必须模拟这三种工作方式之一 另外 使用BusFunctionalMod