Использование MicroBlaze на примере отладочной платы VE-XC6SLX9.

В данной статье рассматривается пошаговое создание проекта на основе Microblaze для Xilinx EDK в Xilinx ISE 14.7. Рассмотрим процесс создания проекта для microblaze на примере отладочной платы VE-XC6SLX9. MicroBlaze — soft-процессорное ядро, разработанное компанией Xilinx для использования в FPGA. MicroBlaze реализуется с помощью стандартной логики и блоков памяти ПЛИС. С точки зрения архитектуры, MicroBlaze очень похож на процессор с основанной на RISC DLX-архитектурой, описанной в книге Д. Паттерсона (David Patterson) и Дж. Хеннеси (John L. Hennessy). За исключением отдельных случаев MicroBlaze может выполнять по одной инструкции за такт, сохраняя такую производительность практически в любых условиях.

В этом материале мы создадим проект, использующий Microblaze для организации управления периферийными устройствами FPGA. Создание проекта начнем с запуска Project Navigator’a, входящего в комплект ISE Design Suite (Рис. 1) и выбора пункта «New Project» меню File.

Рис. 1: Создание нового проекта в ISE Project Navigator

Следующим шагом (Рис. 2) зададим параметры FPGA, используемой в проекте. В данном случае параметры определяются для отладочной платы VE-XC6SLX9, для которой выполняется создание проекта.

Рис. 2: Конфигурирование нового проекта в IDE ISE

После описанных действий убедимся в корректности заданных параметров (Рис. 3) и перейдем к непосредственно описанию аппаратной конфигурации, используемой в проекте.

Рис. 3: Проверка параметров нового проекта, описанного в мастере

В созданный проект добавим процессор Microblaze (Рис. 4).

Рис. 4: Добавление процессора

В открывшемся списке выбираем процессор Microblaze (Рис. 5).

Рис. 5: Выбираем процессор MicroBlaze MCS 1.4

Нажимаем Next и видим информацию о созданном процессоре (Рис. 6).

Рис. 6: Общая информация о нашем процессоре

Далее приступим к настройке микропроцессора Microblaze. На вкладке MCS обязательно необходимо установить галку в пункт Enable Debug Support (Рис. 7).

Рис. 7: Настройка процессора, вкладка MCS

На вкладке GPO добавим один 32 битный порт вывода данных (Рис. 8).

Рис. 8: Настройка порта вывода, вкладка GPO

На этом настройка нашего проекта закончена. На следующем шаге добавим виртуальные индикаторы, из нашего предыдущего проекта Виртуальные светодиоды и 7-ми сегментный индикатор. Для этого добавим файлы display.v, hvsync.v, vga_leds.v а также создадим модуль синтезатора частоты pll. (Рис. 9).

Рис. 9: Добавление файлов виртуальных индикаторов

Модуль верхнего уровня должен выглядеть следующим образом:

Verilog Code:
module vga_leds(
			input wire CLK50MHZ,
			input wire KEY0,
			input wire KEY1,
			output wire [7:0]LED,
			 // outputs:
			output wire hsync,
			output wire vsync,
 
			//high-color test video signal
			output wire [3:0]r,
			output wire [3:0]g,
			output wire [3:0]b
			);
 
wire w_clk_video;
wire w_clk_cpu;
wire w_clk_hdmi;
wire w_locked;
 
clk_wiz_v3_6 mypll_inst(
			.CLK_IN1( CLK50MHZ ),
			.CLK_OUT1( w_clk_video ), //74MHz
			.CLK_OUT2( w_clk_cpu ), //100MHz
			.LOCKED( w_locked )
			);
 
wire [31:0]counter;
 
cpu cpu_inst(
  .Clk (w_clk_cpu),
  .Reset (~w_locked),
  .GPO1 (counter)
  );
 
display display_inst(
		.reset( ~w_locked ),
		.clk_video( w_clk_video ),
		.red_leds( counter[31:16] ),
		.green_leds( ~counter[31:16] ),
		.segments( counter[31:16] ),
		.hsync (hsync),
		.vsync (vsync),
 		.r (r),
		.g (g),
		.b (b)
	   );
 
endmodule

После внесения всех изменений в проект, смело жмем пункт Generate Programming File. Если процесс прошел без ошибок, мы с помощью программатора iMPACT прошиваем нашу плату. В принципе на этом шаге, на дисплее VGA монитора уже должны отобразится наши виртуальные приборы. Причем зеленые светодиоды должны гореть, красные должны быть погашены а индикатор отображать число 00000.

Далее приступим к созданию прошивки для нашего процессора. Для этого выберем приложение Xilinx Software Development Kit. После запуска, нам будет предложено выбрать путь к нашим будущим проектам (Рис. 10).

Рис. 10: Выбор пути для каталога проектов

Выбираем пункт меню File->New->Application Project (Рис. 11).

Рис. 11: Новый проекта

На этом шаге создаем Hardware Project, куда включаем файлы с залитым в нашу плату битстримом и Block RAM Memory Map (карта памяти) (Рис. 12).

Рис. 12: Новый проекта

Теперь создадим собственно сам проект для нашего процессора. Для этого выбираем пункт меню File->New->Project, выбираем Application Project и жмем Next (Рис. 13).

Рис. 13: Новый проекта

На этом шаге выбираем для нашего проекто, ранее созданную аппаратную платформу (Рис. 14).

Рис. 14: Выбор платформы

Надеюсь что все прошло хорошо, и Вы увидел окно с только что созданным проектом (Рис. 15).

Рис. 15: Созданный проект

Изменяем текст программы helloworld.c, для управления нашими виртуальными индикаторами:

C++ Code:
/*
 * Copyright (c) 2009-2012 Xilinx, Inc.  All rights reserved.
 *
 * Xilinx, Inc.
 * XILINX IS PROVIDING THIS DESIGN, CODE, OR INFORMATION "AS IS" AS A
 * COURTESY TO YOU.  BY PROVIDING THIS DESIGN, CODE, OR INFORMATION AS
 * ONE POSSIBLE   IMPLEMENTATION OF THIS FEATURE, APPLICATION OR
 * STANDARD, XILINX IS MAKING NO REPRESENTATION THAT THIS IMPLEMENTATION
 * IS FREE FROM ANY CLAIMS OF INFRINGEMENT, AND YOU ARE RESPONSIBLE
 * FOR OBTAINING ANY RIGHTS YOU MAY REQUIRE FOR YOUR IMPLEMENTATION.
 * XILINX EXPRESSLY DISCLAIMS ANY WARRANTY WHATSOEVER WITH RESPECT TO
 * THE ADEQUACY OF THE IMPLEMENTATION, INCLUDING BUT NOT LIMITED TO
 * ANY WARRANTIES OR REPRESENTATIONS THAT THIS IMPLEMENTATION IS FREE
 * FROM CLAIMS OF INFRINGEMENT, IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY
 * AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.
 *
 */
 
#include <stdio.h>
#include "platform.h"
#include "xil_io.h"
 
#define ADDR_GPIO_BASE 0x80000000
 
void print(char *str);
 
int main()
{
	unsigned long tst;
    init_platform();
 
    for(tst=0x00000000;tst<0x7FFFFFFF;tst++)
		{
		Xil_Out32(ADDR_GPIO_BASE + 0x10, tst);
		}
 
    return 0;
}

Так выглядит среда разработки с нашей программой (Рис. 16).

Рис. 16: Текст программы

Осталось настроить отладку. Выбираем пункт меню Run->Debug Gonfigurations.

Делаем двойной клик левой кнопкой мыши на пункте Xilinx C/C++ application (GDB) (Рис. 17).

Рис. 17: Меню настройки отладчика

Если никаких ошибок не совершено, то должна автоматически создатся конфигурация для отладки проекта (Рис. 18).

Рис. 18: Готовая вкладка отладчика

Осталось нажать кнопку Debug! (Рис. 19).

Рис. 19: Отладка проекта

На видео показана работа микропроцессора Microblaze:

Проект дизайна микропроцессора Microblaze для платы VE-XC6SLX9: microblaze_hard.zip

Проект программы микропроцессора Microblaze для платы VE-XC6SLX9 microblaze_soft.zip