Kas ir Microblaze procesors: arhitektūra, darbība un tā lietojumprogrammas

MicroBlaze procesors tika izstrādāts 2002. gadā, lai integrētu vairākas sarežģītas funkcijas, lai apmierinātu jauno, kā arī augošo tirgus pieprasījumu. Tātad MicroBlaze procesors ir būtisks elements Xilinx zemas klases portfelī, lai nodrošinātu ātrāku sistēmas attīstību, kas satur Artix®-7. FPGA , Spartan®-6, Zynq®-7000 AP SoCs. Šis procesors ir ļoti konfigurējams, tāpēc to var izmantot kā iegultu procesoru vai mikrokontrolleri FPGA, kā arī izmantot kā līdzprocesoru Zynq-7000 AP SoC, pamatojoties uz ARM Cortex-A9. Šajā rakstā ir sniegta īsa informācija par MicroBlaze procesors – arhitektūra un darbs ar aplikācijām.

Kas ir Microblaze procesors?

Mīkstais mikroprocesors, kas ir paredzēts galvenokārt Xilinx FPGA, ir pazīstams kā MicroBlaze procesors. Šis procesors ir vienkārši ieviests Xilinx FPGA vispārējas nozīmes atmiņas un loģikas struktūrā. Šis procesors ir līdzīgs DLX arhitektūrai, kuras pamatā ir RISC, un tam ir elastīga starpsavienojumu sistēma, lai tas atbalstītu dažādas iegultās lietojumprogrammas. MicroBlaze galvenā I/O kopne un AXI starpsavienojums ir ar atmiņu kartēta transakciju kopne ar master-slave iekārtu.

MicroBlaze izmanto īpašu LMB kopni, lai piekļūtu vietējai atmiņai un nodrošina ātru mikroshēmas krātuvi. Daudzas šī procesora daļas var konfigurēt lietotājs, piemēram, kešatmiņas lielumu, cauruļvada atmiņas pārvaldības vienības dziļumu, iegultās perifērijas ierīces un kopnes saskarnes.

Microblaze funkcijas

The Microblaz iezīmes e iekļaujiet tālāk norādīto. Tam ir 32 vispārējas nozīmes reģistri.

• Tam ir 32 bitu norādījumu vārdi, tostarp 2 adresācijas režīmi un 3 operandi.
• Adrešu kopne ir 32 bitu.
• Tam ir 3 pakāpju cauruļvads vai 5 pakāpju cauruļvads.
• ALU bloks ar pārslēdzēju.
• Hārvardas arhitektūra ietver 32 bitu datu un adrešu kopni.
• Datu interfeiss un LMB vai vietējās atmiņas kopnes instrukcija.
• AX14 un AX14 straumes saskarnes.
• Peldošā komata vienība un atmiņas pārvaldības vienība.
• Tā atbalsta lockstep.
• Atkļūdošanas un izsekošanas saskarne.

Microbaze arhitektūra

MicroBlaze procesora blokshēma ir parādīta zemāk. Šis MicroBlaze procesors ir ļoti pielāgojams, un tas atbalsta vairāk nekā 70 dizaina iespējas. Šī arhitektūra parāda pastāvīgas aparatūras funkcijas, kā arī konfigurējamas opcijas, piemēram, instrukciju vai datu kešatmiņu, atmiņas pārvaldības vienību, peldošā komata vienību utt.

An iegultā sistēma kas samontēti ap MicroBlaze procesoru, galvenokārt ietver MicroBlaze mīksto procesora kodolu, mikroshēmas lokālo atmiņu, standarta kopnes starpsavienojumus un OPB perifērijas ierīces (on-chip peripheral Bus). MicroBlaze procesoru sistēma galvenokārt svārstās no procesora kodola ar lokālo atmiņu līdz lielai sistēmai, kas ietver vairākus MicroBlaze procesori , ārējā atmiņa un daudzas OPB perifērijas ierīces.

Mīksts procesora kodols

MicroBlaze mīkstais procesora kodols ir MicroBlaze iegultās sistēmas centrālais elements. Šis ir ļoti ātrs un efektīvs 32 bitu RISC procesors, kam ir šādas funkcijas.

• Instrukciju kopa ir ortogonāla.
• Atsevišķas datu un instrukciju kopnes.
• 32 bitu vispārējas nozīmes reģistri.
• Tam ir papildu 32 bitu stobra pārslēdzējs.
• Iebūvētas saskarnes ātrai OCM vai mikroshēmas atmiņai un IBM nozares standarta OPB (on-chip Peripheral Bus).

Īstenojumi Virtex-II un turpmākajās ierīcēs atbalsta aparatūras daudzveidību.

Mikroshēmas lokālā atmiņa

Sinhronā atmiņa ir lokālā atmiņa, ko galvenokārt izmanto, lai atļautu mikroshēmas bloka RAM.

Standarta autobusu starpsavienojumi

Kopnes saskarnes instrukciju un datu pusē ietver saskarni ar vietējo atmiņu, ko sauc par LMB (vietējās atmiņas kopne), un saskarni ar IBM mikroshēmas perifērijas kopni. Tātad mēs varam izstrādāt sistēmas, kas stingri pieturas pie Hārvardas arhitektūras, pretējā gadījumā, lai koplietotu resursus, mēs varam izmantot vienu OPB kombinācijā, izmantojot kopnes arbitru.

Vietējā atmiņas kopne nodrošina nodrošinātu viena cikla ievadi mikroshēmas bloka RAM. Šis ir ļoti efektīvs, vienkāršs un viena galvenā kopnes protokols, un tas ir lieliski piemērots ātrai vietējai atmiņai. OPB jeb On-chip Peripheral Bus ir 32 bitu plata vairāku galveno kopne, kas ir lieliski piemērota perifērijas ierīču un ārējās atmiņas savienošanai ar MicroBlaze procesora kodolu.

Mikroshēmas perifērijas autobusu perifērijas ierīces

MicroBlaze aparatūras sistēmu papildina OPB perifērijas ierīces, lai nodrošinātu dažādas funkcijas, piemēram, Watchdog taimeris vai laika bāze, vispārējas nozīmes taimeris vai skaitītāji, IC (pārtraukšanas kontrolieris), dažādi kontrolieri, piemēram, SRAM, zibatmiņa, ZBT atmiņa, BRAM, DDR, SDRAM, UART Lite. , SPI, I2C, vispārējas nozīmes I/O, UART 16450/550 un Ethernet 10/100 MAC. Turklāt mēs varam arī pievienot un definēt perifērijas ierīces galvenokārt pielāgotām funkcijām, pretējā gadījumā saskarni ar dizainu, kas pastāv FPGA.

Microblaze instrukciju komplekts

Microblaze instrukciju kopas ir aritmētika, loģika, filiāle, ielāde/uzglabāšana un citas. Visu instrukciju lielums ir fiksēts. Kā operandi var norādīt ne vairāk kā 3 reģistrus. Microblaze ietver divus A tipa un B tipa instrukciju formātus, kas ir parādīti zemāk.

A tipa instrukciju formāts galvenokārt tiek izmantots reģistra-reģistra instrukcijām. Tātad tas ietver opkodu, vienu galamērķi un divus avota reģistrus. B tipa instrukciju formātu galvenokārt izmanto reģistra tūlītējām instrukcijām, kas ietver operācijas kodu, viena galamērķa un viena avota reģistrus. un 16 bitu tūlītējās vērtības avotu.

Iepriekšminētajos divos instrukciju formātos operācijas kods ir darbības kods, Rd ir galamērķa reģistrs, kas ir kodēts ar 5 bitiem, Ra un Rb ir avota reģistri, kur katrs ir kodēts ar 5 bitiem, un Immediate ir 16 bitu vērtība.

Aritmētiskie norādījumi

A un B tipa aritmētiskie norādījumi ir doti tālāk.

A tips

B tips

Loģiskas instrukcijas

A un B tipa loģiskās instrukcijas ir sniegtas tālāk.

A tips

B tips

Norādījumi filiālei — beznosacījuma

Mainiet programmu skaitītāju reģistru

Norādījumi filiālei — beznosacījuma1

Mainiet programmu skaitītāju reģistru, kad nosacījums ir izpildīts

Norādījumi filiālei — beznosacījuma2

Mainiet programmu skaitītāju reģistru, kad nosacījums ir izpildīts

Iekraušanas/glabāšanas instrukcijas — A tips

B tips

Citas instrukcijas

Reģistri

MicroBlaze procesora arhitektūra ir pilnībā ortogonāla, kas ietver 32 bitu vispārējas nozīmes reģistrus un 32 bitu speciālos reģistrus, piemēram, programmu skaitītāju un mašīnas statusa reģistru.

Cauruļvadu arhitektūra

MicroBlaze izmanto 3 pakāpju konveijera arhitektūru, tostarp ielādes, atkodēšanas un pabeigšanas posmus. Automātiski aparatūrā tiek noteikta datu pārsūtīšana, atzari un konveijera aizķeršanās.

Ielādēt vai uzglabāt arhitektūru

MicroBlaze atbalsta atmiņu trīs datu izmēros: 8 biti (baiti), 16 biti (pusvārds) un 32 biti (Word). Tātad piekļuves atmiņai vienmēr tiek saskaņots datu lielums. Šis ir Big-Endian procesors, kas izmanto Big-Endian adreses adresi, kā arī marķēšanas konvencijas, kad piekļūst atmiņai.

Pārtrauc

Kad notiek pārtraukums, šis procesors beigs pašreizējo izpildi, lai pārvaldītu pārtraukuma pieprasījumu, izmantojot sazarojumu, lai pārtrauktu vektora adresi un saglabātu izpildāmās instrukcijas adresi. Šis procesors apturēs turpmākos pārtraukumus, notīrot IE (Interrupt Enable) karogu MSR (mašīnas statusa reģistrā).

Kā darbojas Microblaze?

MicroBlaze procesors atbalsta 32 bitu kopnes platumu, un šis procesora kodols ir uz RISC balstīts dzinējs, kas ietver reģistra failu, kura pamatā ir 32 bitu LUT RAM, izmantojot atsevišķas atmiņas un datu piekļuves instrukcijas.
Šis procesors vienkārši atbalsta gan mikroshēmas BlockRAM, gan ārējo atmiņu. Līdzīgi kā IBM PowerPC; visas perifērijas ierīces izmanto līdzīgu CoreConnect OPB kopni; procesora perifērijas ierīces ir labi saskaņotas ar PowerPC uz Virtex-II Pro.

MicroBlaze procesors nodrošina pilnīgu elastību, izvēloties atmiņas, perifērijas un interfeisa funkciju kombināciju, kas nodrošinās jums precīzu sistēmu, kas jums nepieciešama vienā FPGA ar mazākām izmaksām.

Atšķirība B/W Microblaze vs Risc-V

The atšķirība starp MicroBlaze un RISC v iekļaujiet tālāk norādīto.

Microblaze priekšrocības

The MicroBlaze priekšrocības iekļaujiet tālāk norādīto.

• Tas ir ekonomisks.
• Tas ir ļoti konfigurējams.
• Tā veiktspēja ir augsta, salīdzinot ar ARM.
• To atbalsta iegultais izstrādes komplekts.
• Tas ir mīksts mikroprocesors kodols.
• Lai palīdzētu jums ātri sakārtot lietojumprogrammu, šis procesors ietver trīs fiksētas konfigurācijas, kas ir saistītas ar labi zināmām procesoru klasēm mikrokontrolleri, reāllaika un lietojumprogrammu procesoru.

Microblaze lietojumprogrammas

The MicroBlaze lietojumprogrammas iekļaujiet tālāk norādīto.

• Šis procesors atbilst daudzām dažādām lietojumprogrammu prasībām, piemēram, rūpnieciskajām, automobiļu, medicīnas un patērētāju prasībām utt.
• MicroBlaze lietojumu diapazons ir no vienkāršām stāvokļa mašīnām, kuru pamatā ir programmatūra, līdz sarežģītiem kontrolieriem, ko izmanto iegultās lietojumprogrammās vai interneta ierīcēs.
• Tas ir optimizēts iegultām lietojumprogrammām, piemēram, rūpnieciskajai vadībai, biroja automatizācijai un automobiļiem.
• MicroBlaze spēj sazināties ar lielu perifērijas ierīču komplektu, lai ietilptu vidēja mēroga lietojumprogrammās.
• Šī procesora mīkstais raksturs padara to pielāgojamu dažādām lietojumprogrammām, kur dizaineri var apmainīt līdzekļus ar izmēriem, lai sasniegtu cenu un veiktspējas mērķus medicīnas, automobiļu, rūpniecības un drošības lietojumiem.

Tādējādi tas viss ir par pārskats par Microblaze procesors. Šis ir pilnībā aprīkots, 32 bitu programmējams RISC mīkstā procesora kodols. Šis procesors atbilst dažādām prasībām dažādās jomās, piemēram, patērētāju, medicīnas, rūpniecības, automobiļu un sakaru infrastruktūras tirgos. Tas ir ļoti konfigurējams, tāpēc tiek izmantots kā iegultais procesors vai mikrokontrolleris FPGA, citādi kā ARM līdzprocesors. Šeit ir jautājums jums, kas ir FPGA?