Xilinx可编程逻辑器件设计与开发（基础篇）连载49：Spartan
12.3 picoblaze性能
表12-4列出了picoblaze微控制器在不同的fpga系列和不同的速度等级的器件中能达到的最高频率。通常情况下，如果对性能要求不是太高，最好是让picoblaze在低频下工作，因为它所处理的外设一般为低速设备，例如，串行通信，按键等。另外，低频工作也会减少等待周期，降低系统功耗。
12.4 picoblaze在fpga设计中的应用
picoblaze以三种方式提供给设计者使用，包括vhdl源码、verilog源码和黑盒子。ise6.1及以上版本均可以支持。下面主要介绍vhdl源码的设计流程，关于verilog和黑盒子方式，请参阅xilinx相关文档。
picoblaze的vhdl源文件是kcpsm3.vhd，它支持xst综合和modelsim仿真，也可以应用其他综合和仿真工具。建议设计者不要以各种方式更改源码。
kcpsm3.vhd模块component声明以及例化如下，kcpsm3包括alu、寄存器、暂存器等，但是不包括指令存储器。
由于kcpsm3不包括指令存储器，因此需要另外建立指令存储器，并将指令存储器与kcpsm3连接。指令存储器component和例化方式如下所示。
picoblaze的汇编源程序的扩展名为psm，其程序存储器的文件名由汇编源文件名决定，如果汇编源文件名为my_rom.psm，经过picoblaze编译后产生的程序存储器的vhdl的文件名即为my_rom.vhd，其中的ram被.psm文件初始化，将这个文件与kcpsm3连接，即可实现完整的picoblaze系统。
12.5 picoblaze开发工具
picoblaze开发工具主要有三个：xilinx kcpsm3、mediatronix pblazide和xilinx system generator，如表12-5所示，本节主要介绍xilinx kcpsm3 和mediatronix pblazide。
12.5.1 kcpsm3开发工具
一、 编译器 kcpsm3编译器是一个简单的dos可执行程序，还有三个临时文件。将kcpsm3.exe、rom_form.vhd、rom_form.v和rom_form.coe四个文件拷贝到工作目录。源程序可以用任何文本编辑器编辑，其扩展名为.psm。注意：文件名不超过7个字符。dos命令如下：
kcpsm3 [.psm]
二、 编译错误 kcpsm3编译过程中，如果程序有错误，会在dos窗口显示，然而由于编译比较快，很难看清错误信息，因此kcpsm3提供一个命令，可以将错误信息写入一个文本文件。
kcpsm3 [.psm] > screen_dump.txt
三、 输入输出文件 kcpsm3编译器包括4个输入文件和15个输出文件，如图12-24所示。
12.5.2 mediatronix pblazide 开发工具
mediatronix pblazide 软件界面如图12-25 所示，它是一个免费的图形化的集成开发环境，它包括的特性介绍如下。
图12-25 mediatronix pblazide 软件界面
语法彩色高亮显示。
指令集仿真（iss）。支持断点、寄存器视窗、存储器视窗。
源代码格式化。
kcpsm3-to-pblazide 导入功能/语法转换。
支持html 输出，包括彩色高亮显示。
此工具可以从 下载。
一、 设置pblazide pblazide 支持4 个picoblaze 版本，如图12-26 所示。对于spartan-3、virtex-2、virtex-2 pro 和virtex-4/5/6 选择settings→picoblaze 3。
图12-26 设置pblazide 的picoblaze 版本
二、 将kcpsm3 代码导入pblazide 如图12-27 所示，由于kcpsm3 源码与pblazide 源码存在差异，所以当用pblazide进行代码调试时，需要应用导入命令file→import 进行转换，如图12-28 所示。
图12-27 kcpsm3 源码与pblazide 源码的区别
图12-28 将kcpsm3 代码导入pblazide
kcpsm3 源码与pblazide 源码的差异如表12-6 所示。
三、 picoblaze代码模拟 在pblazide开发环境中，开发者可以对应用程序代码进行模拟运行，可以设置断点，观察寄存器、存储器、暂存器的内容，也可以监控输入/输出口以及标志位的状态。这一步骤与常用的keil51等模拟器相似，不再详述。
12.6 picoblaze设计开发包
一个picoblaze设计主要包含两个部分，分别是控制器硬件部分和控制器软件汇编源程序。xilinx的kcpsm3开发包中主要包括如图12-29所示内容，下面分别就每个部分进行简单介绍。
assembler文件夹包括kcpsm3编译器、hdl格式的picoblaze程序存储器文件rom_form.v/rom_form.vhd、bram数据文件rom_form.coe，另外还有一个清除中间文件的批处理文件cleanup.bat。
data2mem_assistance文件夹中的文件用来更新fpga的bit配置文件。在进行基于picoblaze的fpga开发时，picoblaze的硬件一般不需要频繁改动，而其psm软件则需要进行多次修改调试，如果psm软件每改一次，就对整个设计进行一次布局布线，就需要花费较多的调试时间，特别是当使用较大规模的fpga 时，布局布线时间特别长。为了解决这个问题，xilinx开发了data2mem工具，使用它可以在不进行布局布线操作的情况下，更新bit文件，这极大地节省了调试时间。详细的使用方法请参考其中的txt 说明文档。
图12-29 kcpsm3 开发包
jtag_loader 文件夹中的文件讲述了如何用jtag 下载电缆更改picoblaze 的程序存储器的内容，而不需要重新运行布局布线。详细使用方法请参考其中的jtag_loader_quick_guide.pdf 文件。
vhdl 文件夹包含了kcpsm3.vhd 的微控制器硬件描述文件以及一个串口相关文件。
verilog 文件夹包含了kcpsm3.v 的微控制器硬件描述文件以及一个串口相关文件。
kcpsm3 开发包中的kcpsm3_manual.pdf 文件为picoblaze 的应用手册，uart_manual.pdf 文件为用picoblaze 实现串口通信的应用手册，uart_real_time_clock.pdf 文件为一个用picoblaze 实现的时钟描述文件，kcpsm3.ngc 为picoblaze 的网表文件。另外，读者还可以从xilinx 的官方网站下载更多的xilinx 验证过的参考设计和应用文档，包括xapp213、xapp387、xapp374、xapp627、ug129 等。
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12.4 picoblaze在fpga设计中的应用
picoblaze以三种方式提供给设计者使用，包括vhdl源码、verilog源码和黑盒子。ise6.1及以上版本均可以支持。下面主要介绍vhdl源码的设计流程，关于verilog和黑盒子方式，请参阅xilinx相关文档。
picoblaze的vhdl源文件是kcpsm3.vhd，它支持xst综合和modelsim仿真，也可以应用其他综合和仿真工具。建议设计者不要以各种方式更改源码。
kcpsm3.vhd模块component声明以及例化如下，kcpsm3包括alu、寄存器、暂存器等，但是不包括指令存储器。
由于kcpsm3不包括指令存储器，因此需要另外建立指令存储器，并将指令存储器与kcpsm3连接。指令存储器component和例化方式如下所示。
picoblaze的汇编源程序的扩展名为psm，其程序存储器的文件名由汇编源文件名决定，如果汇编源文件名为my_rom.psm，经过picoblaze编译后产生的程序存储器的vhdl的文件名即为my_rom.vhd，其中的ram被.psm文件初始化，将这个文件与kcpsm3连接，即可实现完整的picoblaze系统。
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picoblaze开发工具主要有三个：xilinx kcpsm3、mediatronix pblazide和xilinx system generator，如表12-5所示，本节主要介绍xilinx kcpsm3 和mediatronix pblazide。
12.5.1 kcpsm3开发工具
一、 编译器 kcpsm3编译器是一个简单的dos可执行程序，还有三个临时文件。将kcpsm3.exe、rom_form.vhd、rom_form.v和rom_form.coe四个文件拷贝到工作目录。源程序可以用任何文本编辑器编辑，其扩展名为.psm。注意：文件名不超过7个字符。dos命令如下：
kcpsm3 [.psm]
二、 编译错误 kcpsm3编译过程中，如果程序有错误，会在dos窗口显示，然而由于编译比较快，很难看清错误信息，因此kcpsm3提供一个命令，可以将错误信息写入一个文本文件。
kcpsm3 [.psm] > screen_dump.txt
三、 输入输出文件 kcpsm3编译器包括4个输入文件和15个输出文件，如图12-24所示。
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mediatronix pblazide 软件界面如图12-25 所示，它是一个免费的图形化的集成开发环境，它包括的特性介绍如下。
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源代码格式化。
kcpsm3-to-pblazide 导入功能/语法转换。
支持html 输出，包括彩色高亮显示。
此工具可以从 下载。
一、 设置pblazide pblazide 支持4 个picoblaze 版本，如图12-26 所示。对于spartan-3、virtex-2、virtex-2 pro 和virtex-4/5/6 选择settings→picoblaze 3。
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二、 将kcpsm3 代码导入pblazide 如图12-27 所示，由于kcpsm3 源码与pblazide 源码存在差异，所以当用pblazide进行代码调试时，需要应用导入命令file→import 进行转换，如图12-28 所示。
图12-27 kcpsm3 源码与pblazide 源码的区别
图12-28 将kcpsm3 代码导入pblazide
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三、 picoblaze代码模拟 在pblazide开发环境中，开发者可以对应用程序代码进行模拟运行，可以设置断点，观察寄存器、存储器、暂存器的内容，也可以监控输入/输出口以及标志位的状态。这一步骤与常用的keil51等模拟器相似，不再详述。
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vhdl 文件夹包含了kcpsm3.vhd 的微控制器硬件描述文件以及一个串口相关文件。
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