蜻蜓点水之Picroblaze

Picroblaze 介绍：
PicoBlaze微控制器是赛灵思推出的一个高性能低成本的8位处理器软核，它由Veriolog或VHDL语言实现，可以在FPGA／CPLD上实现，具有设计灵活方便，运行速度快，占用资源少的特点。虽然现在32位处理器大为盛行，但在一些低速的复杂控制方面使用PicoBlaze微控制器具有较大的成本优势，在这些应用中使用PicoBlaze微控制器将是一个比较好的方案。PicoBlaze微控制器的实现代码对用户是公开的，可使用户完全掌握设计中的所有细节，方便调试与使用，设计者甚至可以修改代码、增加和减少功能块来定制自己专用的处理器，体现了极大地灵活性，在低成本的场合使用还是相当不错的。

PicoBlaze结构概述
PicoBlaze微控制器由16 字节的通用寄存器、1K×18 BIT ROM、1个字节宽度ALU、64 字节的内部RAM和程序计数器等组成，具体框图如下图一所示（摘自赛灵思文档ug129.pdf）：


PicoBlaze微控制器提供57条不同的指令，256个直接或间接的可设定地址的端口，1个可屏蔽的中断，依赖于具体实现的FPGA型号，可获得44～100 MIPS的性能。更详细的描述请参考附件中UG129和KCPSM3_Manual，附件KCPSM3中也包含Pircoblaze3的代码及编译器，这些内容在XILINX的官网可以下载到。网上还可以找到基于Pircoblaze的IDE仿真环境，下载地址:http://www.mediatronix.com/pBlazeIDE.htm，这个软件也会包含在附件pBlaze_ide中。

关于PicoBlaze的详细使用会在后续的帖子中给出相关例程。

由于源码采用的基于LUT的描述方式，所以在阅读和理解上比较麻烦，为了更好的理解Picroblaze这个简单CPU，花了一天的时间使用Verilog的行为级描述重写了一个非常简单的PPicroblaze，开始支持的指令只有四条，寄存器只写了S1，指令空间为1K，后面有时间的话，希望能够完成整个Picroblaze。重写的目的仅仅是想深入的了解的架构。CPU结构图如下：

Ppicroblaze代码如下:

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module ppblaze(clk,rst,port_id,out_port);

/***** *****/

input clk,rst;

output[7:0] port_id;

output[7:0] out_port;

//--- ---

wire [9:0] address;

wire [17:0] instruction;

wire [5:0] cmd;//just for simulate 



assign cmd = instruction[17:12]; 

/*** ***/

reg clk_div2;



always @(posedge clk or posedge rst) begin

if(rst) clk_div2 <= 1'd0;

else clk_div2 <= ~clk_div2;

end

/*** ****/

reg pc_sel,rs1_sel,rs1_load,id_load,out_load;



always @(rst or instruction) begin

if(rst) {pc_sel,rs1_sel,rs1_load,id_load,out_load} <= 5'b00000;

else

case (instruction[17:12])

6'b000000:{pc_sel,rs1_sel,rs1_load,id_load,out_load} <= 5'b00100;//load

6'b011000:{pc_sel,rs1_sel,rs1_load,id_load,out_load} <= 5'b01100;//add 

6'b101100:{pc_sel,rs1_sel,rs1_load,id_load,out_load} <= 5'b00011;//out

6'b110100:{pc_sel,rs1_sel,rs1_load,id_load,out_load} <= 5'b10000;//jump 

default:{pc_sel,rs1_sel,rs1_load,id_load,out_load} <= 5'b00000;

endcase

end



/*** pc control ***/

reg [9:0] pc_r;



always @(posedge clk_div2 or posedge rst) begin

if(rst) pc_r <= 10'd0;

else if(pc_sel) pc_r <= instruction[9:0];

else pc_r <= pc_r + 1'd1;

end



assign address = pc_r;

/*** rs1 regitor ***/

reg[7:0] rs1;

wire[7:0] rs1_data;

wire[7:0] add_reault;



assign rs1_data = rs1_sel ? add_reault:instruction[7:0];



always @(posedge clk_div2 or posedge rst) begin

if(rst) rs1 <= 8'd0;

else if(rs1_load) rs1 <= rs1_data;

end

/*** add ***/

assign add_reault = instruction[7:0] + rs1;

/*** out instrution ***/

reg[7:0] port_id;

reg[7:0] out_port;



always @(posedge clk_div2 or posedge rst) begin

if(rst) {port_id,out_port} <= {8'd0,8'd0};

else begin

if(id_load) port_id <= instruction[7:0];

if(out_load) out_port <= rs1;

end

end

/*** ***/

led program

( 

.address(address),

.instruction(instruction),

.clk(clk));



endmodule

Led program是使用汇编程序生成的RAM代码,verilog或VHDL格式都有，可以使用附件的KCPSM3汇编器生成，在DOS窗口下输入汇编器的当前路径，调用改汇编器即可。

Led program源代码很简单，仅包含四条语句，完成一个简单的流水灯程序(没有延时，实际用估计一闪而过了)。

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  CONSTANT led, 01

  LOAD s1,01

start: 

  ADD  s1,01

  OUTPUT  s1,led

  JUMP start

我们先使用pBlazIDE编辑、仿真环境来仿真一下。pBlazIDE界面如下，还是比较美观的。pBlazIDE仿真的程序和编译的程序格式不大一样，这点需要注意，需要仿真程序是，从file菜单下选着导入即可。可以看到随着程序的运行，右边的led在逐渐变化。



接着我们做硬件仿真，在附件中提供了完整的仿真代码，包括测试激励和BlackRam库文件，打开modelsim，选着当前的路径后，在Transcipt中输入do run.do 即可看到仿真波形

谢谢超版。厉害

谢谢 自己加精啊

很详细。
不过pblazeIDE已经不更新了，现在的KCPSM6无法支持。
现在有一个开源软件openPICIDE支持KCPSM3 KCPSM6，也支持断点及单步调试，比pblazeIDE还强大一点感觉，不过在编辑代码还有点小BUG，不过不影响编译调试。

给力，谢谢斑竹。，

:)

很不错~~

谢谢！

支持

谢谢！
SuperX-man 发表于 2012-7-13 10:37

我爱超版～