PicoBlaze — общее название серии свободно распространяемых Soft-процессорных ядер, созданных фирмой Xilinx для своих ПЛИС (FPGA и CPLD). В основе PicoBlaze лежит архитектура 8-битного RISC-процессора; скорость работы на ПЛИС семейства Virtex 4 может достигать 100 MIPS. Для обращений к периферии процессор имеет 8-битную шину, используя которую можно раздельно читать и записывать до 256 портов.
PicoBlaze распространяется в виде исходного кода на языках VHDL и Verilog для свободного использования на продуктах фирмы Xilinx. Особенности архитектуры гарантируют наилучшие характеристики для ПЛИС семейства Spartan и Virtex. Фирмой Xilinx предлагается к использованию специальное программное обеспечения для трансляции исходного кода на языке Ассемблера. Синтаксис исходного языка нарочито упрощен в угоду простоты и скорости. Также имеется специальное инструментальное программное обеспечение, созданное сторонними организациями (Mediatronix и др.). Альтернативно существует PacoBlaze — модифицированное ядро PicoBlaze, распространяемое под лицензией BSD.
Изначально проект «PicoBlaze» носил имя KCPSM, что означает «Constant(K) Coded Programmable State Machine» — программируемый конечный автомат с постоянной программой. Создатель проекта — Кен Чапман (Ken Chapman) — инженер Xilinx, разработавший и реализовавший PicoBlaze (альтернативная расшифровка аббревиатуры KCPSM — «Ken Chapman’s PSM»).
При вставке PicoBlaze в проект на VHDL должно быть использовано соответствующее имя компонента KCPSM. Например, для PicoBlaze3: component kcpsm3 is port ( address : out std_logic_vector(9 downto 0); instruction : in std_logic_vector(17 downto 0); port_id : out std_logic_vector(7 downto 0); write_strobe : out std_logic; out_port : out std_logic_vector(7 downto 0); read_strobe : out std_logic; in_port : in std_logic_vector(7 downto 0); interrupt : in std_logic; interrupt_ack : out std_logic; reset : in std_logic; clk : in std_logic ); end component;
Основные характеристики Ядро KCPSM3 для PicoBlaze поддерживает: обращение к 18-битным микрокомандам; выполнение микрокоманды за один цикл, два такта; 10 битный программный счетчик микрокоманд PC; одноадресные и двухадресные байтовые операции; 16 встроенных регистров; АЛУ арифметических и логических операций, однобитовый сдвиг; два флага операций: CARRY и ZERRO; встроенное ОЗУ strachpad на 64 байта в пространстве 256 байт; обращение к 256-ти независимым портам на чтение и запись; встроенный стек вызовов на 31 ячейку (CALL/RETURN stack); одноуровневое прерывание.
Ядро KCPSM6 для PicoBlaze поддерживает: обращение к 18-битным микрокомандам; выполнение микрокоманды за один цикл, два такта (имеются исключения); 12 битный программный счетчик микрокоманд PC; дополнительная возможность ветвления программы по содержимому регистра; дополнительная возможность возврата из подпрограмм и одновременная идентификация точки возврата; одноадресные и двухадресные байтовые операции, расширенная по отношению к KCPSM3 система команд; два, программно переключаемых, банка встроенных регистров по 16 регистров каждый; АЛУ арифметических и логических операций, однобитовый сдвиг; два флага операций: CARRY и ZERRO; встроенное ОЗУ strachpad в пространстве 256 байт конфигурируемого размера; обращение к 256-ти независимым портам на чтение и запись; дополнительное пространство 256 портов для специальной константной записи; встроенный стек вызовов на 30 ячеек (CALL/RETURN stack); одноуровневое настраиваемое прерывание; доступный из программы ID аппаратуры.
Кроме того, ядро PicoBlaze: выполняет команды преимущественно за два такта (в KCPSM6 некоторые команды за 4 такта), при этом тактовая частота может доходить до нескольких сотен МГц; быстро реагирует на прерывания (в худшем случае — за 5 тактов); в версии KCPSM-3 оптимизировано для архитектуры Xilinx Spartan-3: занимает всего 96 ячеек (slices) и 1 блок RAM; в версии KCPSM-6 оптимизировано для архитектуры Xilinx Spartan-6, Virtex®-6, и FPGA седьмой серии: занимает всего 26 ячеек;
Программы для PicoBlaze необходимо писать на ассемблере. Программы, написанные для KCPSM3, требуют перетрансляции, когда необходимо их исполнение на KCPSM6, но и в этом случае по ряду общих команд нет полной совместимости. Для отладки имеется программный симулятор.
Специальные возможности С помощью специальных программных средств программа для PicoBlaze может быть заменена непосредственно в файле прошивки ПЛИС (с расширением bit). С помощью специальных программных средств можно загружать программу для PicoBlaze непосредственно в ПЛИС через интерфейс JTAG.
Примечания
Ссылки Xilinx PicoBlaze PicoBlaze — краткое описание PicoBlaze — руководство пользователя TechXclusives: Creating Embedded Microcontrollers (Programmable State Machines) PDF PicoBlaze user resources Professional IDE for Linux and Windows бесплатные инструменты для работы с FPGA от Mediatronix Open source Picoblaze assembler Free Linux IDE PacoBlaze: a synthesizable and behavioral Verilog clone of PicoBlaze Implementation of picoblaze in LabVIEW FPGA on the Xilinx Spartan 3E Starter board
Категория:Встроенные микропроцессоры