文章目录
- 一、概述
- 二、ip核的生成
特此说明：本文章转载于正点原子的microblaze教程
一、概述
MicroBlaze是Xilinx公司提供的一款32/64位软核嵌入式处理器，是一款高度灵活可配置的易用型处理器，它能够利用FPGA内部通用资源和相关IP核，实现可编程片上系统（SOPC）的设计。该处理器采用32位RISC（Reduced Insrtction System Computer）优化结构和Harvard总线结构，广泛适用于Spartan、Virtex和Artix等系列的FPGA。
MicroBlaze软核嵌入式处理器是高度可定制的IP核，支持70多个配置选项，有32个32位通用寄存器以及2个32位特殊寄存器—PC指针寄存器和MSR状态标志寄存器。另外MicroBlaze软核处理器还配有指令和数据缓存、浮点单元、内存管理单元和许多其他选项，从而大大提高其运算性能。MicroBlaze软核嵌入式处理器的所有指令字长都是32位，具有3个操作数和两种寻址模式，指令按功能可划分为：逻辑运算、算术运算、分支、存储器读/写和特殊指令等等。指令以并行流水线的方式执行，其流水线可分为取指、译码和执行。
MicroBlaze的框图如下所示，展示了固定的硬件特性模块和可配置选项，如指令和数据缓存。
图中MicroBlaze处理器的外部接口定义如下：
DPLB(Data Processor Local Bus)： 数据接口，处理器本地总线。
DOPB(Data On-chip Peripheral Bus)： 数据接口，片上外设总线，该接口实现CPU与片内外设的数据交换。
DLMB(Data Local Memory Bus)： 数据接口，本地存储器总线，该总线为CPU与本地块存储器间的数据交换通道。
IPLB(Instruction Processor Local Bus)： 指令接口，处理器本地总线。
IOPB(Instruction On-Chip Peripheral Bus)： 指令接口，片上外设总线，CPU通过此总线读取外部存储器的程序代码。
ILMB(Instruction Local Memory Bus)： 指令接口，本地存储器总线，该总线与内部块存储器相连，提供高速指令的提取。
MFSL0…15 (Fast Simple Link FSL master interface)： FSL主设备数据接口，提供点对点的通信通道。
SFSL0…15 (Fast Simple Link FSL slave interface)： FSL从接口，提供点对点的通信通道。
IXCL(Instruction side Xilinx Cache Link interface)： 指令侧高速缓存链接接口。
DXCL(Data side Xilinx Cache Link interface)： 数据侧高速缓存链接接口。
MicroBlaze 处理器通常用于如下图所示的三种预设配置之一：运行裸机应用程序的简单微控制器（Microcontroller）；具有高速缓存和与运行嵌入式实时操作系统的实时处理器(Real-Time)；最后是带有运行Linux 的内存管理单元的应用处理器(Application)。下表显示了在Artix-7 系列下的XC7A200T 芯片上这些配置的性能和利用率（如果是达芬奇Pro 开发板板载芯片XC7A35T，资源利用率会更大一些）。MicroBlaze 可以在所有Xilinx FPGA 中用作独立处理器，也可以在Zynq SoC 系统中用作协处理器。
二、ip核的生成
（1）使用 IP Integrator创建 Processing System
首先在Vivado界面左侧“Flow Nevagator”栏点击“Creat Block Design”，并在弹出提示框后，在“Design name”一栏将名称改为“system”点击“OK”，如下图所示
在生成的“Diagram”页面，我们点击“+”按钮（或快捷键Ctrl+I）添加IP核，在弹出的搜索框中输入“mic”，选择“MicroBlaze”并双击该IP核，生成的ip核界面如下所示:
(2)双击“microblaze_0”模块进入MicroBlaze的配置界面第一页“Welcome to Micro Blaze Configuration Wizard”，该页面提供模板选择和一般设置
Predefined Configurations： 配置模板，点击Select Configuration右侧的目录框我们能够看到多个模板选项（Minimum Area、Maximum Performance等），但本次试验不需要用到模板，因此保持默认选项“Current settings”就可以。
Select Processor Implementation： 选择32位或64位处理器。64位处理器将两个32位通用寄存器扩展为一个64位寄存器，提供处理64位数据的附加指令，并且可以使用最多64位地址寻址和最多4个EB指令和数据。一般情况使用32位处理器就可以了。
Select implementation optimization； 用于使能面积优化功能，打开其右侧的目录，我们可以看到有PERFORMANCE、AREA和FREQUENCY三个选项表示三种优化方式，其中AREA（区域）表示三级优化，速度最慢占用资源最少；FREQUENCY（频率）表示八级优化，速度最快占用资源最多；PERFORMANCE（性能）是五级优化，速度和资源占用量在AREA和FREQUENCY两者之间，本实验我们选择PERFORMANCE。
Enable MicroBlaze Debug Module Interface： 使能调试功能，一般情况下我们都开启该功能，只有在资源十分紧张的情况下才会禁止此功能。
Use Instruction and Data Caches： 使用指令和数据缓存。当使用外部存储时，激活这个选项可以明显地改善性能，由于本次实验我们使用的是本地存储，该选项对实验没影响，因此不选择。
Enable Exceptions： 异常功能的使能。
Enable Discrete Ports： 使能软核上的独立端口。
(3) 进入第二页General页面，General页面能够选择单元的选择和优化(通常情况下保持默认即可)。
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。
