基于FPGA的面向Linux核的基本硬件系统构建和测试

　　前言

　　随着信息的高速发展，片上可编程系统SoPC(System on Programmable Chip)成为人们讨论的热门话题。具有高逻辑密度和高性能硬件模块的FPGA(Field Programmable Gate Array)使得高效率的片上处理器的设计成为现实。目前，片上系统的设计已有一定发展， Xilinx公司开发的嵌入式开发包EDK(Embedded Development Kit)被众多嵌入式研究者们所使用。

　　技术介绍

　　EDK

　　嵌入式开发套件(EDK)是用于设计嵌入式可编程系统的全面解决方案。EDK自带了许多工具和IP，可以用来设计完整的嵌入式处理器系统，主要包括Xilinx 平台工作室XPS(Xilinx Platform Studio)和软件开发套件SDK(Software Development Kit)。本文既用到了Xilinx平台工作室XPS也用到了软件开发套件SDK。Xilinx公司的EDK不仅可以用FPGA做逻辑设计，并且可以使用PowerPC和MicroBlaze处理器，实现从硬件到软件的整个嵌入式系统设计。

　　MicroBlaze

　　本文用到的MicroBlaze是一个被优化过的可以在Xilinx公司FPGA中运行的软核处理器，并且可以和其它外设IP核一起完成可编程系统芯片的设计。它具有运行速度快、占用资源少、可配置性强等优点，广泛应用于通信、军事、高端消费市场等领域。MicroBlaze处理器采用RISC(Reduced Instruction Set Computer)指令集结构和哈佛存储结构，指令、数据总线位宽均为32位。MicroBlaze指令的执行有三级和五级流水线之分。当采用面积优化时，流水线分为三级，即取指，译码和执行，这样可以减少硬件开销。当不使用面积优化时，流水线分为五级：取指、译码、执行、访问存储器和回写，这样可以提高性能。本文用到的MicroBlaze版本是v6.00.b，其指令的执行为3级流水线模式。

　　基本的硬件系统的搭建

　　本文的硬件开发和调试环境是在Windows系统下，使用的是ISE_DS13.2开发工具。而内核编译等软件开发则是Linux操作系统下完成。