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嵌入式处理

Xilinx 的处理能力为多个应用领域提供了高性能和定制功能,这些领域包括:航天和军用产品、有线和无线通信、汽车、音频/视频广播、工业控制、测试与测量、以及消费类。Xilinx 致力于通过其目标设计平台提供嵌入式开发工具、方法、IP 和技术支持。


面向嵌入式处理的目标设计平台将这些元素带入了产品化解决方案,为有经验的用户加快了开发速度,并且为新用户简化了 FPGA 应用。Xilinx 嵌入式处理解决方案得到了大量 Virtex 和 Spartan FPGA 平台的支持。

Xilinx 嵌入式解决方案的优势
更快地投入生产
  • 集成式开发解决方案提供了节省时间的工具,如自动板支持包(BSP)生成、IP 创建、实例软件应用生成和集成式硬件/软件调试功能。
  • 大量用于实现快速开发的嵌入式处理外设 IP 核
  • 灵活的软/硬核处理器解决方案
降低了成本
  • 组合和匹配设计架构(如数据和控制通道元件)可以提供成本优化的解决方案,同时还实现了设计目标
  • 利用 FPGA 的 DSP 处理带宽和嵌入式处理能力来实现复杂的功耗管理算法(如数字预失真),从而削减设备运行成本
  • 免版税的 MicroBlaze 软处理器核可以防止您的处理解决方案过时
更高的生产率
  • Base System Builder 工具简化了硬件元件的配置、处理器选项、总线系统和 IP 选项,还能自动生成存储器映射和设计文件
  • 软件平台定义包括图像和文本工具,用于实现硬件平台匹配、源代码编辑、编译器工具链运行和库生成。
  • 基于 Eclipse 的软件开发套件(SDK)提供了特性丰富的 C/C++ 代码编辑器和编译环境,简化了项目管理

嵌入式设计工具和 IP

智能的平台工具简化了设计,加速了嵌入式开发过程。自动的设计向导可以指引工程师完成整个设计过程,从而减少错误,降低学习难度。

ISE Design Suite: Embedded EdtionSystem Edition 均包含嵌入式开发套件(EDK)软件开发套件(SDK)。EDK 包含工具套件以及利用 Xilinx 平台 FPGA 与嵌入式 PowerPC 和/或 MicroBlaze 软处理器核设计嵌入式应用所需的全部技术文档和 IP。EDK 和 SDK 还能够以独立产品的形式提供。

如需完整的嵌入式内核列表,请登录 Xilinx 嵌入式 IP 目录页面。

MicroBlaze 软处理器核

MicroBlaze™ 处理器是一款32位 RISC 哈佛架构软处理器核,具有丰富的、针对嵌入式应用进行了优化的指令集。借助于 MicroBlaze 软处理器解决方案,您就能够灵活地选择外设、存储器和接口特性组合,从而以最低的成本在 FPGA 上实现您所需的系统。它是可重配置的,能够帮助您加快产品面市步伐,并且延长它们的市场寿命。

从2个性能水平中选择

MicroBlaze 具有70多种配置选项,实现了各种应用,从超小型微控制器直到运行 Linux 的高性能嵌入式处理器。这种灵活性的原因在于2种版本的 MicroBlaze:3-流水线级区域优化的 MicroBlaze 和5-流水线级性能优化的 MicroBlaze。如果您需要尽可能小的占位面积,请使用3-流水线级版本;如果需要最高性能,请使用5-级流水线版本。

MicroBlaze 处理器 v7.2 的性能水平
架构 性能 最高的时钟频率 最高 Dhrystone 2.1 性能
5-级流水线 1.19 DMIPs/MHz Virtex®-5 FXT 内的 235 MHx 280 DMIPS
3-级流水线 0.95 DMIPs/MHz Spartan®-3A DSP 内的 106 MHz 100 DMIPS
* 3-级流水线和5-级流水线版 MicroBlaze 在 EDK 支持的所有 Virtex 和 Spartan 器件内运行。
MicroBlaze 浮点单元

MicroBlaze 软处理器具有可选集成式浮点单元(FPU)。工业控制、汽车和科学应用通常需要浮点数学。IEEE-754 兼容 FPU 直接连至 MicroBlaze 指令执行流水线,可以保证实现高性能、低延迟和小型化设计。由于 MicroBlaze FPU 是 MicroBlaze 内核的可配置部分,所以如果不需要,它不会占用 FPGA 内的空间。

MicroBlaze FPU 得到了嵌入式开发套件(EDK)的大力支持。GNU 编译器会通过将浮点执行从软件库转移到硬件上来自动利用 FPU。无需修改源代码。带有 FPU 的 MicroBlaze 软处理器核获准成为 EDK 的一部分。

工业应用通常需要浮点加速,如工业控制、汽车、科学、军事和航天。

MicroBlaze 处理器 v7.2 FPU:单精度
FPGA 大小 最高的时钟频率 峰值浮点吞吐量
Virtex-5 <1650 LUT(850 FPU + 800 MB) 200 MHz 50 MFLOPS

FPU 性能

MicroBlaze 利用 FPU 可以实现的最高浮点性能及相应区域见下表。目标系统包括 GPIO 和 FPU 模块。从片上存储器开始执行。


浮点性能速度对比

软件浮点执行上的速度增加取决于应用。这些是有/无 FPU 时的相对数值。

网络性能

这是一个新的开始,即使是最简单的嵌入式系统也需要以太网连接功能。Xilinx FPGA 提供了大量以太网 IP,可以与 MicroBlaze 一起使用,并且能够实现如下结果。

ML505 开发板上的 125 MHz MicroBlaze / 125 MHz MPMC / 125 MHz PLB46 系统
信息包尺寸(字节) 10 Mb 链路(Mbps) 100 Mb 链路(Mbps)
1000 Mb 链路(Mbps)
64 7.619 76.19 761.9
128 8.611 86.11 861.1
512 9.624 96.24 962.4
1518 9.870 98.70 987.0
9000 9.978 99.78 997.8
XAPP 1041 上的结果:参考系统:面向 MicroBlaze 和 PowerPC 处理器的 XPS LL 三态以太网 MAC 嵌入式系统
最高的可配置性

丰富的、面向 MicroBlaze 的 IP 核使得您能够灵活地构建嵌入式系统。但是,MicroBlaze 本身是高度可配置的,从而提升了平台设计的灵活性。您可以从70多种可配置特性中选出您所需的系统,而无需考虑性能或密度目标。

配置特性

内存管理单元(MMU)
  • 带有 Linux 2.6 支持的虚拟存储器的全 MMU
  • MPU 模式,可以实现安全 RTOS 应用的区域保护
浮点单元
  • IEEE 754 兼容的
  • 单精度
硬件异常支持
  • 不对齐存取
  • 非法指令
  • 数据总线误差
  • 指令总线误差
  • 除零
指令和数据高速缓存
  • 利用片上 block RAM 原语
  • 可配置尺寸:2kB - 64kB
  • 可配置微高速缓存(利用分布式 RAM)尺寸:64B – 1024B
  • 直接映射直写操作
桶形移位器
  • 1周期操作
硬件整数除法
  • 32周期操作
硬件乘法
  • 1周期操作
  • MUL64 操作
指令集扩展
  • 模式比较指令
  • 机器状态寄存器设置和清空
  • 原子存取
多条总线可以满足不同的性能需求
  • 面向快速本地存取存储器的本地存储器总线(LMB)
  • Xilinx 高速缓存链路点到点接口,用于直接连接高速缓存和外部存储器
  • 处理器本地总线(PLB46),用于将多个外设直接连接到 MicroBlaze 上
  • 用于硬件加速的快速单工链路(FSL)协处理器链路多达16条
中断信号
  • 边缘或电平
  • 高/低态有效
调试逻辑
  • 通过调试支持内核实现 JTAG 控制
  • 硬件断点多达8个
  • 集成式跟踪端口

处理器版本寄存器

全面的解决方案

MicroBlaze 这是整个 Xilinx 嵌入式解决方案的一部分。了解 Platform Studio - 用于构建嵌入式系统的设计环境;软件开发套件;嵌入式开发套件提供的所有 IP;不断增加的、基于 MicroBlaze 的第三方 Ecosystem 方面的更多信息,敬请登录处理器中心

支持 IBM PowerPC 440 和 405 硬处理器

IBM PowerPC®440 和 405 处理器核是 Virtex 系列 FPGA 架构内的32位 RISC CPU 模块,用于实现高性能嵌入式应用。具有集成式协处理能力的硬 PowerPC 核组合实现了大量性能优化选项。

带有复杂 CPU/APU 控制和高带宽纵横交换机的 Virtex-5 FXT FPGA 支持 PowerPC 440 处理器。纵横交换机可以实现高吞吐量 128 位接口和点到点连接功能。集成式 DMA 通道、专用存储器接口和处理器本地总线(PLB)接口可以将逻辑利用率最少化、减小延迟和优化性能。同步 I/O 和存储器接入将数据传输速率最大化。

PowerPC 405 得到了 Virtex-4 和 Virtex-II Pro 系列的支持,并整合了5级标量流水线、独立指令和数据缓存、1个 JTAG 端口、迹线 FIFO、多个定时器和1个内存管理单元(MMU)。在 Virtex-II Pro 内使用 PowerPC 405 处理器需要 ISE Design Suite 软件 10.1.03i 版或更早的版本。

PowerPC 处理器平台的特性
平台 速度(MHz) DMIPS
用于 Virtex-5 FXT FPGA 的 PowerPC 440 550 1100+
用于 Virtex-4 FX FPGA 的 PowerPC 405 450 700+

Xilinx 为您独特的嵌入式应用提供了灵活的创新型开发套件。

特色嵌入式开发板与套件
Virtex-5 FX70T PowerPC 和 MicroBlaze 处理器版
Virtex®-5 FX70T FPGA PowerPC® 和 MicroBlaze™ 处理器版

Virtex-5 FX70T FPGA 开发套件在 Xilinx FPGA 内实现了高性能嵌入式设计。

Spartan-3A DSP S3D1800A MicroBlaze 处理器版
Spartan®-3A DSP S3D1800A FPGA MicroBlaze 处理器版

迅速加快您的下一个 DSP 应用开发。

其它嵌入式开发板与套件

Virtex-6 FPGA ML605 评估套件

Virtex-6 FPGA ML605 评估套件包含 ML605 开发板和 ISE Design Suite Logic Edition 软件。

Spartan-6 FPGA SP605 评估套件

Spartan-6 FPGA SP605 评估套件包含 SP605 开发板和面向 Spartan-6 LX45T FPGA 的 ISE Design Suite Logic Edition(器件锁定的)。

Spartan-6 FPGA SP601 评估套件

Spartan-6 FPGA SP601 评估套件包含 SP601 基本开发板和 ISE Design Suite: WebPack 版。

Virtex-5 FX70T FPGA PowerPC 和 MicroBlaze 处理器版

Virtex-5 嵌入式套件包含 ML507 开发板、Platform Studio 嵌入式工具套件和 ISE 设计软件。

Spartan-3A DSP S3D1800A FPGA MicroBlaze 处理器版

全套开发套件包含硬件、设计工具、IP 和预验证的参考设计,可以迅速加快您的嵌入式开发。

Virtex-4 FPGA ML403 嵌入式平台

Virtex-4 FPGA ML403 FX 评估平台为在 Virtex-4 FX FPGA 的基础上开发嵌入式设计提供了很好的入门级环境。

XtremeDSP™ 入门套件 - Spartan-3A DSP 1800A FPGA 版

XtremeDSP 入门套件 - Spartan-3A DSP FPGA 版是一款全面的开发套件,迅速加快了您的下一个 DSP 应用的开发。

Virtex-5 FXT FPGA ML507 评估平台

Virtex-5 FXT FPGA ML507 评估平台是一款通用 FPGA、RocketIO™ GTX 和嵌入式系统开发板。

XtremeDSP 入门套件 - Spartan-3A DSP 1800A FPGA 版

用于开发信号处理设计的、低成本、入门级环境。

Virtex-4 FX12 FPGA PowerPC 和 MicroBlaze 开发套件

Virtex-4 FX12 FPGA 版开发套件包含 ML403 开发板、Platform Studio 嵌入式工具套件和 ISE 设计软件。

Virtex-4 FX FPGA ML410 嵌入式开发套件

ML410 是一款基于 Xilinx Virtex-4 XC4VFX60 FPGA 的、RoHS 兼容型嵌入式开发套件。

 

第三方产品

由各个嵌入式行业供应商所组成的稳健的设计生态系统在以下各领域为 Xilinx 嵌入式解决方案提供了支持,包括:实时操作系统(RTOS)、编译器和调试器、网络堆栈和中间件以及协设计与协验证。

这个行业最佳设计生态系统不仅使工程师不用受限于各项专利技术,而且还能够根据过去的经验、新推出的标准或独特的需求来选择他们自己喜欢的嵌入式解决方案。

电子系统级(ESL)设计是指不断变化的设计与验证方法,与当前的主流寄存器传送层级(RTL)相比,该方法始于更高的抽象级别。与 Verilog 和 VHDL 之类的硬件语言相比,众多 ESL 设计语言在语法与语义上与流行的 ANSI C 更为接近。我们的 ESL 供应商提供了大量的 FPGA 设计产品

相关产品
需要迅速着手 FPGA 设计?看一看 Xilinx 在线商店上的各种开发板和套件
Xilinx 嵌入式解决方案相关的信息、产品与服务

一般技术文档

这些软件文档支持各种版本的 ISE Design Suite

工具和 IP 参考指南

ISE Design Suite: Embedded Edition 内包含的嵌入式系统工具(包括处理器平台调整实用程序、软件应用开发工具、调试工具链及器件驱动器与库)方面的信息

介绍了 Platform Studio 和 EDK 专用的文件类型及各种文件的语法

介绍了 Xilinx 微内核、组成库、单片机板支持包以及各种版本的 VxWorks 和 Linux 操作系统的板支持包。

MicroBlaze 处理器参考指南提供了 MicroBlaze 32位软处理器方面的信息。本技术文档旨在成为 MicroBlaze 硬件架构指南。

开发板

新版 Virtex®-5 FX70T 开发套件在 Xilinx FPGA 内实现了高性能嵌入式设计。完整的开发套件包含硬件、设计工具、IP 和预验证的参考设计,简化并加快了嵌入式开发。该集成套件提供 ML507 开发板、Platform Studio 嵌入式工具套件和 ISE 设计软件,并且支持 PowerPC® 440 硬处理器和 MicroBlaze™ 软处理器。

该套件包含 Spartan-3A 开发板以及用于开发 MicroBlaze 处理设计的 Platform Studio 嵌入式和 ISE® WebPACK™ 设计软件。该套件符合 RoHS 指令的要求,包含通用电源适配器,并且支持 DSP 和嵌入式处理开发。

该套件提供了利用 Xilinx Virtex-5 FXT FPGA 系列探索基于 PowerPC® 440 的系统架构所需的特性

本开发板面向对体验 MGT 感兴趣的工程师。通过将2个 MGT 连接成环,无须外部电缆即可实现完整的设计。

该评估板是提供的所有评估板中容量最大、最灵活的嵌入式处理套件。3S1500 器件和兼容型扩展板可以轻松实现硬件设计。 

获取所有嵌入式处理开发板和套件

IP

Xilinx 三态以太网 MAC 核是可参数化内核,特别适于交换器和路由器等网络设备。

以太网 Lite MAC(媒体访问控制器)设计用来整合 IEEE 标准内介绍的可用特性。802.3 媒体独立接口(MII)规范。

Xilinx 提供 PCI Express® 端点解决方案来对 Virtex-5 FPGA 的 PCIe FPGA 内置式端点模块进行配置,并且包含其它逻辑来为 PCIe 创建完整的端点解决方案。

MPMC 是完全可参数化存储器控制器,支持 SDRAM/DDR/DDR2 存储器。MPMC 让您能够访问存储器,从而获得1~8个端口,在那里各个端口都可以从一组个性化接口模块(PIM)中选择,从而能够利用 CoreConnect® PLBv4.6 和 MPMC 本地端口接口(NPI)结构以及面向 PowerPC 440 处理器的存储器接口模块(MIB)PIM(PPC440MC)来为 PowerPC® 405 处理器和MicroBlaze™ 处理器实现连接功能。

获取所有用于嵌入式方法的 IP

视频和在线座谈

介绍了一种利用在低成本可编程片上系统平台上运行的 Linux 来简化嵌入式系统设计的方法

介绍了如何利用嵌入式 PPC440 的优势和特性

初步介绍了利用 MicroBlaze 软核处理器实现的设计开发

介绍了利用 Spartan-3A FPGA 上的 Xilinx MicroBlaze 完成的真实世界网络应用开发

获取 ISE Design Suite 方面的所有视频

在线座谈直播和点播包含由Xilinx 技术,工业或这两者方面的芯片专家和软件工作者提供的交互式技术演讲、产品演示和问答环节

培训

本课程可以加快经验丰富的 FPGA 设计者利用嵌入式开发套件(EDK)进行嵌入式系统开发的步伐。

嵌入式系统开发的高级特性和技术为嵌入式系统开发者提供了开发复杂嵌入式系统所需的技能,使他们可以利用嵌入式开发套件(EDK)中提供的工具来改善设计。

此次为期2天的课程将向您介绍 Xilinx 嵌入式处理器系统的软件设计和开发。硬件设计结束之后,您将会了解设计周期的软件开发阶段所需的基本工具用法和原理。

此次为期2天的中级课程将为嵌入式系统开发人员提供在 Xilinx 开发板上创建嵌入式开放源码 Linux 操作系统的经验。

获取 Xilinx 的所有培训信息

服务和技术支持

联系 Xilinx 技术支持部门

从技术文档到工具和 IP,Xilinx 都能支持您对嵌入式设计的需求

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