《Xilinx可编程逻辑器件设计与开发（基础篇）》连载49：Spartan-6的PicoBlaze性能 开发, 连载

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12.3 PicoBlaze性能
表12-4列出了PicoBlaze微控制器在不同的FPGA系列和不同的速度等级的器件中能达到的最高频率。通常情况下，如果对性能要求不是太高，最好是让PicoBlaze在低频下工作，因为它所处理的外设一般为低速设备，例如，串行通信，按键等。另外，低频工作也会减少等待周期，降低系统功耗。


12.4 PicoBlaze在FPGA设计中的应用
PicoBlaze以三种方式提供给设计者使用，包括VHDL源码、Verilog源码和黑盒子。ISE6.1及以上版本均可以支持。下面主要介绍VHDL源码的设计流程，关于Verilog和黑盒子方式，请参阅Xilinx相关文档。
PicoBlaze的VHDL源文件是KCPSM3.VHD，它支持XST综合和ModelSim仿真，也可以应用其他综合和仿真工具。建议设计者不要以各种方式更改源码。
KCPSM3.VHD模块component声明以及例化如下，KCPSM3包括ALU、寄存器、暂存器等，但是不包括指令存储器。




由于KCPSM3不包括指令存储器，因此需要另外建立指令存储器，并将指令存储器与KCPSM3连接。指令存储器component和例化方式如下所示。
PicoBlaze的汇编源程序的扩展名为psm，其程序存储器的文件名由汇编源文件名决定，如果汇编源文件名为my_rom.psm，经过PicoBlaze编译后产生的程序存储器的VHDL的文件名即为my_rom.vhd，其中的RAM被.psm文件初始化，将这个文件与KCPSM3连接，即可实现完整的PicoBlaze系统。




12.5 PicoBlaze开发工具
PicoBlaze开发工具主要有三个：Xilinx KCPSM3、Mediatronix pBlazIDE和Xilinx System Generator，如表12-5所示，本节主要介绍Xilinx KCPSM3 和Mediatronix pBlazIDE。


12.5.1 KCPSM3开发工具
一、 编译器
KCPSM3编译器是一个简单的DOS可执行程序，还有三个临时文件。将KCPSM3.EXE、ROM_form.vhd、ROM_form.v和ROM_form.coe四个文件拷贝到工作目录。源程序可以用任何文本编辑器编辑，其扩展名为.psm。注意：文件名不超过7个字符。DOS命令如下：
kcpsm3 [.psm]
二、 编译错误
KCPSM3编译过程中，如果程序有错误，会在DOS窗口显示，然而由于编译比较快，很难看清错误信息，因此KCPSM3提供一个命令，可以将错误信息写入一个文本文件。
kcpsm3 [.psm] > screen_dump.txt
三、 输入输出文件
KCPSM3编译器包括4个输入文件和15个输出文件，如图12-24所示。


12.5.2 Mediatronix pBlazIDE 开发工具
Mediatronix pBlazIDE 软件界面如图12-25 所示，它是一个免费的图形化的集成开发环境，它包括的特性介绍如下。



图12-25 Mediatronix pBlazIDE 软件界面
 语法彩色高亮显示。
 指令集仿真（ISS）。支持断点、寄存器视窗、存储器视窗。
 源代码格式化。
 KCPSM3-to-pBlazIDE 导入功能/语法转换。
 支持HTML 输出，包括彩色高亮显示。
此工具可以从http://www.mediatronix.com/pBlazeIDE.htm 下载。
一、 设置pBlazIDE
pBlazIDE 支持4 个PicoBlaze 版本，如图12-26 所示。对于Spartan-3、Virtex-2、Virtex-2 Pro 和Virtex-4/5/6 选择Settings→Picoblaze 3。



图12-26 设置pBlazIDE 的PicoBlaze 版本
二、 将KCPSM3 代码导入pBlazIDE
如图12-27 所示，由于KCPSM3 源码与pBlazIDE 源码存在差异，所以当用pBlazIDE进行代码调试时，需要应用导入命令File→Import 进行转换，如图12-28 所示。



图12-27 KCPSM3 源码与pBlazIDE 源码的区别



图12-28 将KCPSM3 代码导入pBlazIDE
KCPSM3 源码与pBlazIDE 源码的差异如表12-6 所示。


三、 PicoBlaze代码模拟
在pBlazIDE开发环境中，开发者可以对应用程序代码进行模拟运行，可以设置断点，观察寄存器、存储器、暂存器的内容，也可以监控输入/输出口以及标志位的状态。这一步骤与常用的Keil51等模拟器相似，不再详述。
12.6 PicoBlaze设计开发包
一个PicoBlaze设计主要包含两个部分，分别是控制器硬件部分和控制器软件汇编源程序。Xilinx的KCPSM3开发包中主要包括如图12-29所示内容，下面分别就每个部分进行简单介绍。
 Assembler文件夹包括KCPSM3编译器、HDL格式的Picoblaze程序存储器文件ROM_form.v/ROM_form.vhd、BRAM数据文件ROM_form.coe，另外还有一个清除中间文件的批处理文件cleanup.bat。
 DATA2MEM_assistance文件夹中的文件用来更新FPGA的BIT配置文件。在进行基于PicoBlaze的FPGA开发时，PicoBlaze的硬件一般不需要频繁改动，而其psm软件则需要进行多次修改调试，如果psm软件每改一次，就对整个设计进行一次布局布线，就需要花费较多的调试时间，特别是当使用较大规模的FPGA 时，布局布线时间特别长。为了解决这个问题，Xilinx开发了DATA2MEM工具，使用它可以在不进行布局布线操作的情况下，更新bit文件，这极大地节省了调试时间。详细的使用方法请参考其中的TXT 说明文档。



图12-29 KCPSM3 开发包
 JTAG_loader 文件夹中的文件讲述了如何用JTAG 下载电缆更改PicoBlaze 的程序存储器的内容，而不需要重新运行布局布线。详细使用方法请参考其中的JTAG_loader_quick_guide.pdf 文件。
 VHDL 文件夹包含了KCPSM3.vhd 的微控制器硬件描述文件以及一个串口相关文件。
 Verilog 文件夹包含了KCPSM3.V 的微控制器硬件描述文件以及一个串口相关文件。
 KCPSM3 开发包中的KCPSM3_Manual.pdf 文件为Picoblaze 的应用手册，UART_Manual.pdf 文件为用Picoblaze 实现串口通信的应用手册，UART_real_time_clock.pdf 文件为一个用PicoBlaze 实现的时钟描述文件，kcpsm3.ngc 为PicoBlaze 的网表文件。另外，读者还可以从Xilinx 的官方网站下载更多的Xilinx 验证过的参考设计和应用文档，包括xapp213、xapp387、xapp374、xapp627、ug129 等。