FPGA嵌入式开发详解：从设备支持到MicroBlaze体系

本文主要介绍了基于FPGA的嵌入式开发技术，涵盖了FPGA的基本从设备支持服务，如S/W reset和MIR、中断、可寻址寄存器，以及高级服务，如突发传送、FIFO和地址分段。同时，文章还探讨了FPGA在嵌入式系统中的应用，包括不同类型的FPGA嵌入式系统，如状态机模式、单片机模式和定制嵌入模式，并提到了Xilinx公司的MicroBlaze软核处理器及其架构特点。 在FPGA的嵌入式开发中，基本从设备支持服务是必不可少的组成部分。这些服务包括软件复位（S/W reset）和主复位（MIR），它们通过相应的寄存器来实现设备的初始化和复位操作。用户逻辑中断支持允许外部事件触发处理器中断，增强系统的响应能力。用户逻辑软件寄存器支持则使得开发者能够创建可寻址的寄存器，用于定制化硬件功能。 高级从设备支持服务则更进一步提升了FPGA的性能。突发传输支持提高了数据传输的效率，通过一次传输多个连续的数据包。FIFO（先进先出）缓冲区在IPIF（IP Interconnect）内部提供了数据流的暂存空间，确保了数据传输的稳定性和实时性。用户逻辑地址范围支持允许地址空间的分段，便于管理复杂的硬件资源。 嵌入式系统通常是以计算机技术为基础，根据具体应用进行软硬件裁剪的专用系统。它们的核心硬件可能包括CPU或DSP，而FPGA在其中的角色是提供可编程的硬件平台，支持软硬件协同设计，形成所谓的SOPC（片上可编程系统）。FPGA嵌入式系统可以根据需求分为不同的类型，如状态机模式、单片机模式和定制嵌入模式，分别适用于低成本、中等成本和高性能的应用场景。 随着技术的发展，FPGA的处理能力增强，成本降低，功耗减少，甚至具备了片上系统（SOC）的规模和动态编程能力，逐渐替代了小批量ASIC和处理器。在Xilinx公司中，MicroBlaze是一个32位的RISC架构软核处理器，拥有32个通用寄存器、三级流水线和多种硬件单元，支持高效的嵌入式计算。 MicroBlaze的编程模型中，通用寄存器是重要的组成部分，其中R0是一个特殊的寄存器，对它的写操作会被忽略。其他寄存器如R1到R13和R18到R31则作为通用目的寄存器使用，R14则用于存储中断返回地址。这样的寄存器布局和功能设计为开发者提供了灵活的编程接口，以实现各种复杂的嵌入式系统功能。 FPGA在嵌入式开发中扮演着关键角色，其丰富的支持服务和可编程特性使得开发者能够构建出满足各种需求的高效系统。同时，MicroBlaze等软核处理器的出现，进一步推动了FPGA在嵌入式领域的广泛应用。