PicoBlaze處理器的基本結(jié)構(gòu)-基礎(chǔ)電子

精品文檔-下載后可編輯PicoBlaze處理器的基本結(jié)構(gòu)-基礎(chǔ)電子由于PicoBlaze的緊湊型特點(diǎn)，因此在FPGA邏輯器件中實(shí)現(xiàn)的PicoBlaze內(nèi)核與CPLD所實(shí)現(xiàn)的內(nèi)核有些區(qū)別，主要是可提供的通用寄存器數(shù)不同。FPGA型PicoBlaze資源豐富，可提供16個(gè)16位通用寄存器，15～31級(jí)堆棧，16位或18位指令系統(tǒng)，地址線寬度可達(dá)10位，即具有1Kb的尋址空間。而CPLD型PicoBlaze(為了區(qū)別，將該類型稱為“CoolBlaze”)一般僅提供8個(gè)8位通用寄存器、4級(jí)堆棧和16位指令系統(tǒng)。另外，F(xiàn)PGA型PicoBlaze的程序存儲(chǔ)器可由FPGA的塊存儲(chǔ)器來(lái)實(shí)現(xiàn)，這樣不需要再有其他外圍存儲(chǔ)器器件。同時(shí)，程序(指令)可通過(guò)FPGA的位流(BitsSTream)配置文件配置到塊存儲(chǔ)器中。而CPLD型PicoBlaze由于沒(méi)有塊存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)，所以必須有程序存儲(chǔ)器這樣的外圍器件與其一起工作，其他結(jié)構(gòu)(包括指令系統(tǒng))基本相同。

由于兩種類型的PicoBlaze8位處理器邏輯結(jié)構(gòu)基本相同，因此利用CPLD型PicoBlaze(CoolBlaze)來(lái)詳細(xì)地分析8位處理器邏輯結(jié)構(gòu)和指令系統(tǒng)，并設(shè)計(jì)一個(gè)小型CPU。圖1和2圖所示為構(gòu)成PicoBlaze處理器的基本邏輯結(jié)構(gòu)。

圖1基于FPGA的PicoBlaze8位處理器邏輯結(jié)構(gòu)

圖2基于CPLD的PicoBlaze(CoolBlaze)8位處理器邏輯結(jié)構(gòu)

其中包括如下部分:

(1)通用寄存器(GeneralPurposeRegisters，GPR)：在CoolBlaze(PicoBlaze)中共有8個(gè)8位的通用寄存器，分別定義為s0～s7。這些寄存器可用于數(shù)據(jù)的讀／寫、輸入／輸出、運(yùn)算等操作，并且可以全部提供給用戶，沒(méi)有為特定的操作而保留任何寄存器(即沒(méi)有特殊功能寄存器)。

(2)算術(shù)邏輯單元(ArithmeticLogicUnit，ALU)：算術(shù)邏輯單元提供所有簡(jiǎn)單的8位運(yùn)算，所有的操作由任何寄存器提供的操作數(shù)來(lái)完成，其結(jié)果返回到相同的寄存器。運(yùn)算中所需要的第2個(gè)操作數(shù)可以是指令中所包含的8位常數(shù)或指定的寄存器。在該單元中，還可完成布爾操作，如裝入(LOAD)、邏輯與(AND)、邏輯或(OR)和邏輯異或(XOR)，并具有靈活的移位操作功能。

(3)標(biāo)志／程序流程控制(Flags／ProgramFlowControl)：算術(shù)邏輯單元的運(yùn)算結(jié)果影響零(ZREO)和進(jìn)位(CARRY)標(biāo)志，當(dāng)使用條件和非條件程序流程控制指令時(shí)，這些條件決定了程序執(zhí)行的順序。跳轉(zhuǎn)(JUMP)指令將無(wú)條件地執(zhí)行所指定地址(程序地址空間內(nèi))一的程序；而子程序調(diào)用(CALL)和程序返回(RETURN)在改變程序執(zhí)行順序的同時(shí)，需要保護(hù)轉(zhuǎn)移時(shí)的地址(現(xiàn)場(chǎng))，以便程序執(zhí)行完畢后的恢復(fù)。

(4)輸入／輸出：PicoBlaze處理器可提供256個(gè)輸入口和256個(gè)輸出口，8位的輸入／輸出口地址譯碼器和讀／寫控制信號(hào)可以一起訪問(wèn)這些輸入／輸出口。這些口地址可以是程序中的地址，也可以是任何一個(gè)寄存器的內(nèi)容所指定的間接地址。當(dāng)訪問(wèn)由外部存儲(chǔ)器所構(gòu)成的塊存儲(chǔ)器時(shí)，使用間接尋址是比較理想的方法。

在INPUT操作周期內(nèi)，輸入口上的值(數(shù)據(jù))可傳送到8個(gè)寄存器中的任何一個(gè)。輸入操作由READ_STROBE脈沖信號(hào)來(lái)指示，該控制信號(hào)表示數(shù)據(jù)已由PicoBlaze獲取。

在OUTPUT操作周期內(nèi)，寄存器中的內(nèi)容可以傳送到輸出口。WRITE_STROBE脈沖信號(hào)表示執(zhí)行輸出操作，該控制信號(hào)可用來(lái)設(shè)計(jì)輸出接口邏輯，以便確保有效數(shù)據(jù)傳送到外部系統(tǒng)。

輸入／輸出時(shí)序如圖3所示。

圖3PicoBlaze處理器的輸入出時(shí)序

FF指令，同時(shí)將自動(dòng)地保護(hù)當(dāng)前的零(ZERO)和進(jìn)位(CARRY)標(biāo)志，并禁止響應(yīng)其他的中斷。特定的中