FSL總線IP核及其在MicoBlaze系統(tǒng)中的應用

　　4 FSL總線應用實例
  
　　在下面的實例中，嘗試通過FSL總線技術，將實現(xiàn)特定函數(shù)功能的用戶自定義IP核整合到MicroBlaze軟核系統(tǒng)中，以實現(xiàn)硬件加速的目的。這里以一個矢量漢字(vector font)還原功能的硬件模塊的整合為例，說明FSL總線的應用過程。所使用的開發(fā)平臺是Memec Insight公司生產(chǎn)的Virtex—II系列的MicroBlaze開發(fā)板，板上采用的FPGA器件為Virtex—II 1000，系統(tǒng)時鐘為100 MHz，開發(fā)工具為Xilinx公司的EDK 6.3及ISE 6.3。

　　4.1 FSL總線應用方案

　　如圖5所示，vectOr_font核通過FSL_Code-與FSL_Lattice兩條FSL總線與MicroBlaze軟核直接相連。

　　對于FSL_Code總線，MicroBlaze核是主設備，而vector_font核是從設備。這樣MicroBlaze可以通過 FSL_Code總線向vectOr_font核發(fā)送漢字的區(qū)位碼(或者其他格式的漢字編碼，由使用的矢量字庫和還原算法決定)以及漢字的屬性信息(如字體、大小等)。
  
　　對于FSL_Lattice總線則正好相反。vector font 核作為主設備可以通過它向MicroBlaze核發(fā)送經(jīng)過還原處理后的漢字點陣數(shù)據(jù)以及漢字點陣尺寸信息(用于將點陣數(shù)據(jù)在顯存中組織成正確的顯示格式)。

　　4.2 數(shù)據(jù)傳輸指令與控制位指令的應用
  
　　FSL 提供的獨立于數(shù)據(jù)傳輸?shù)目刂莆豢梢杂脕韺φ趥鬏斨械臄?shù)據(jù)進行標記。為了區(qū)分區(qū)位碼數(shù)據(jù)與漢字屬性數(shù)據(jù)，以及點陣數(shù)據(jù)與漢字點陣尺寸數(shù)據(jù)。 MicroBlaze分別通過FSL的數(shù)據(jù)傳輸指令和控制位傳輸指令來發(fā)送漢字的區(qū)位碼和漢字屬性信息，接收點陣數(shù)據(jù)和漢字點陣尺寸信息。對應的實現(xiàn)代碼如下：
  
　　//使用非阻塞的數(shù)據(jù)寫函數(shù)向FSL總線寫入漢字區(qū)位碼Microblaze_nbwrite_datatsl(code,O)
　　//使用非阻塞的控制位寫函數(shù)向FSL總線寫入漢字屬性信息maicroblaze_cnbwrite_cnlfsl(attibute，O)
　　//使用非阻塞的數(shù)據(jù)讀函數(shù)從FSL總線讀取漢字點陣數(shù)據(jù)microblaze_nbread_datafsl(1attice[i]，O)
　　//使用非阻塞的控制位讀函數(shù)從FSL總線讀取漢字點陣尺寸信息microblaze_cnbread_cnlfsl(size，O)
  
　　代碼中用到的與FSL有關函數(shù)的定義，都在include目錄下的mb_inteRFace．h文件中。其中，各函數(shù)的第二個參數(shù)代表進行讀寫操作的 FSL總線接口的編號，對應Mi—croBlaze軟核的8對FSL接口。該參數(shù)的取值范圍從0到7。本例中,MicroBlaze只使用了一對FSL接口，故而值為0。

　　4.3 實現(xiàn)步驟
  
　　首先，在Base System Wizard中設計圖5虛線框中所示的一個簡單的MicroBlaze嵌入式處理器系統(tǒng)。然后，在XPS集成開發(fā)環(huán)境下完成用戶自定義IP核(本例中即 vectoz__font核)的添加、Microblaze核FSL接口的添加(設置參數(shù)C_FSL_LINKS=1)，同時添加兩個FSL總線IP核，分別用于實現(xiàn)FSL_Code和FSL_Lattice總線。另外，將兩個FSL總線IP核的參數(shù)C_USE_CONTROL置為1，以打開FSL總線的控制位傳輸功能。所有這些改動，最后都會被更新到MES文件中。這樣，硬件平臺生成工具platgen就可以根據(jù)它生成所需要的FPGA配置文件了。
  
　　硬件的實現(xiàn)完成后，進行相應軟件參數(shù)的設置，如將系統(tǒng)標準輸入輸出設備指向UART模塊等。然后，用庫生成工具libgen，根據(jù)MSS(系統(tǒng)軟件描述文件)文件，將所需外設函數(shù)庫的頭文件添加進工程中。

　　通過調(diào)用這些函數(shù)，可以操作和控制這些外設。通過Tool項里的build命令，調(diào)用mb—gcc：編譯工具，將編寫的應用程序編譯成ELF文件，再用 updatebitstrcam命令將程序代碼對應的RAM初始化數(shù)據(jù)添加到前面生成的FPGA配置文件中，生成最終的bit配置文件。最后，使用 download命令將bit文件下載到目標板中。

　　以上就是整個FSL應用實例設計的實現(xiàn)過程。本例只是為了說明FSL總線的使用。實際應用中，還可以根據(jù)具體情況通過FSL，將更多的用戶自定義IP核(如DCT、FFT等)添加到．MicroBlaze軟核系統(tǒng)中去。

　　結 語
  
　　在嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)中，人們一直希望能夠有一個滿足自己需要的“定制”的嵌入式處理器，而不是手頭大量存在的通用微處理器。但是，直接將用戶自定義IP 核添加到處理器核中，不僅受到處理器原架構的束縛，還有可能降低處理器的性能(處理器工作頻率)；而通過與內(nèi)部寄存器直接相連的FSL接口，用戶自定義 IP可以在不破壞處理器原有結構的情況下，緊密地與MicroB- laze軟核結合在一起。這樣，即使關鍵路徑覆蓋了用戶IP 核，由于它在處理器內(nèi)核之外，也不會導致處理器時鐘頻率的降低。
  
　　通過對FSL總線的分析以及上述實例的驗證，證明了在基于 MicroBlaze的SoC 系統(tǒng)設計中，一方面可以針對具體應用進行“量體裁衣”式的設計；另一方面，利用其專用的FSL總線接口技術，實現(xiàn)嵌入式軟處理器系統(tǒng)與用戶自定義邏輯的整合，從而在不提高系統(tǒng)主頻的前提下，通過部分函數(shù)功能的硬件實現(xiàn)來提升系統(tǒng)的性能。