Microblaze

Le MicroBlaze est un cœur de processeur softcore 32 bits de la société Xilinx. Il est conçu pour être implémenté sur les FPGA de ce fabricant.

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Processeur softcore - Microprocesseur

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  • Le MicroBlaze est un microprocesseur RISC que.... (Rc+S)  : Le MicroBlaze réalise une lecture sur le bus à l'adresse du registre de ...... (9 et 100 MHz respectivement). Ils sont intégrés comme sub-NoC1 et sub-NoC2.... (source : tel.archives-ouvertes)

Le MicroBlaze est un cœur de processeur softcore 32 bits de la société Xilinx. Il est conçu pour être implémenté sur les FPGA de ce fabricant. Le code source de MicroBlaze est fermé[1].

Architecture

Architecture générale

Le MicroBlaze est un microprocesseur softcore RISC, d'architecture Harvard, entièrement 32 bits. En effet, il possède :

Le processeur comporte 70 options de configuration[2] permettant à l'utilisateur de sélectionner ou de paramétrer les composants internes selon ses besoins :


En 2006, il occupait entre 900 et 2600'logic cells'et atteignait une fréquence maximale de 80 à 180 MHz selon la plateforme FPGA et les options choisies.

FPGA Taille Fréquence Dhrystone 2.1
Virtex-4 (4VLX25-12) 1'269 LUTs 180 MHz 166 DMIPS 0.92 DMIPS/MHz
Virtex-II Pro (2VP20-7) 1'225 LUTs 150 MHz 138 DMIPS 0.92 DMIPS/MHz
Spartan-3 (3S1500-5) 1'318 LUTs 100 MHz 92 DMIPS 0.92 DMIPS/MHz

En 2009, MicroBlaze v7.10 peut atteindre une fréquence de 105 à 235 MHz selon la plateforme FPGA [3] :

FPGA Configuration Taille Fréquence Dhrystone 2.1
Spartan-3 (3SD1800A-5) pipeline à 5 niveaux 1'809 LUTs 105 MHz 125 DMIPS 1.19 DMIPS/MHz
Spartan-3 (3SD1800A-5) pipeline à 3 niveaux 1'324 LUTs 115 MHz 110 DMIPS 0.95 DMIPS/MHz
Virtex-5 (5VLX50) pipeline à 5 niveaux, sans MMU 1'027 LUTs 235 MHz 280 DMIPS 1.19 DMIPS/MHz


On-Chip Peripheral Bus (OPB)

Le bus OPB, conçu par IBM pour ses microcontrôleurs PowerPC, sert à lier plusieurs maîtres à plusieurs esclaves. Il autorise un maximum de 16 maîtres et un nombre d'esclaves infini selon les ressources disponibles. Xilinx conseille néanmoins un maximum de 16 esclaves. Comme ce bus est multi maîtres, il a par conséquent une politique d'arbitrage paramétrable. Ce bus permet par conséquent d'ajouter des périphériques au MicroBlaze dont les besoins en communications seront faibles.

Local Memory Bus (LMB)

Le bus LMB est un bus synchrone utilisé essentiellement pour accéder aux blocks RAM inclus sur le FPGA. Il utilise un minimum de signaux de contrôle et protocole simple pour s'assurer d'accéder à la mémoire rapidement (un front d'horloge).

Fast Simplex Link (FSL)

Le MicroBlaze comporte 8 liens entrées/sorties FSL. Le bus FSL est un moyen rapide de communication entre le processeur et une autre entité. Chaque lien FSL 32 bits est unidirectionnel (simplex) et met en œuvre une FIFO (pour stocker les données) et des signaux de contrôle (FULL, EMPTY, WRITE, READ, …). Il met aussi à la disposition du développeur plusieurs fonctions intéressantes dont les plus utilisées sont : “microblaze_bwrite_datafsl” et “microblaze_bread_datafsl”. Ces deux fonctions permettent d'échanger des donnéées entre différents microblazes, par exemple, en utilisant la FIFO déjà intégrée dans le bus FSL. Ces deux fonctions sont bloquantes; bwrite se bloque quand la FIFO du bus FSL est saturée et bread se bloque quand la FIFO est vide. Il doit y avoir un bwrite pour débloquer la lecture. Les communications sur les liens FSL se font particulièrement simplement grâce à des instructions prédéfinies. Elles peuvent atteindre les 300 Mo/s à 150 Mhz.

Xilinx Cache Link (XCL)

Le lien XCL est un lien FSL spécifique, dédié à la connexion d'un contrôleur mémoire externe avec la mémoire cache interne. Ceci permet au contrôleur de cache de ne pas être ralenti par la latence du bus OPB.

périphériques

De nombreux périphériques sont apportés avec le MicroBlaze, pour former un microcontrôleur complet et personnalisable. Il y a, entre autres :

  • contrôleur mémoire (SRAM, Flash)
  • contrôleur mémoire SDRAM
  • UART lite
  • Timer/compteur avec fonction PWM
  • interface SPI
  • contrôleur d'interruptions
  • GPIO (entrées-sorties génériques)
  • convertisseurs A/N et N/A Delta-Sigma
  • DMA

De plus, des périphériques payants sont proposés en version d'évaluation, qui ont la particularité de ne fonctionner que quelques heures :

Systèmes d'exploitation

Xilinx MicroKernel

Ensemble de bibliothèques permettant d'obtenir des fonctions basiques de dispositif d'exploitation :

uClinux

Portage réalisé par le Dr John Williams de l'université de Brisbane (Australie) et par la communauté d'utilisateurs. La société Petalogix assure le support commercial. L'absence de MMU ne permet pas d'utiliser le noyau Linux standard, mais µCLinux (Linux pour microcontrôleurs) est conçu pour contourner cette limitation.

FreeRTOS

Il existe un port du système temps réel FreeRTOS pour Microblaze (cf. liens externes), disponible comme FreeRTOS sous license GPL modifiée. FreeRTOS est nettement plus léger que linux/uclinux mais a moins d'applications et de pilotes.

Systèmes commerciaux

Outils de développement

Pour créer des applications embarquées, Xilinx a développé un outil de développement nommé EDK (Embedded Developpement Kit). Il s'agit en fait d'une collection de scripts Tcl/Tk liant divers outils en ligne de commande, et d'une interface graphique couvrant la totalité.

Méthode de développement

Un processeur soft-core présente la particularité d'une programmation à deux niveaux :

Cette spécificité nécessite des outils de développement adaptés, et présente plusieurs avantages :

Bien que la chaîne de développement logiciel (outils GNU), et les outils de synthèse, placement-routage FPGA soient soit particulièrement standard, des outils spécifiques en amont et en aval sont proposés :

EDK

Cet environnement sert à développer une application complète à processeur embarqué et de l'intégrer à un FPGA. EDK donne accès à l'ensemble des réglages nécessaires pour l'application embarquée qu'on souhaite créer. Il permet la programmation d'un ou plusieurs MicroBlazes et de leurs périphériques. Il va s'occuper de placer les programmes des MicroBlazes en mémoire lors de la programmation du FPGA. Pour plus d'information sur EDK, reportez-vous à la documentation de Xilinx Embedded SystemTools Reference Manual.

EDK est compatible Linux depuis la version 6.2.

GNU

Les outils de programmation du MicroBlaze sont les outils libres et standard du GNU, personnalisés par Xilinx pour le MicroBlaze. On retrouve ainsi GCC, GDB, et les Binutils (ld, as, ar, objdump... ). On peut les utiliser en ligne de commande ou à partir de l'interface graphique. Comme ces outils sont conçus pour un environnement UNIX, en cas d'utilisation sous Windows EDK installe l'environnement Cygwin.

Modelsim

Modelsim est outil de simulation HDL de Mentor Graphics. Une version bridée, ModelSim XE Starter, est disponible gratuitement.

Chronologie des outils de développement

Voir aussi

Liens externes

Références

  1. ↑ Code source fermé (7ème question) http ://www. xilinx. com/products/design_resources/proc_central/microblaze_faq. pdf
  2. ↑ Les 70 options de configuration http ://www. xilinx. com/tools/microblaze. htm
  3. ↑ Performances http ://www. xilinx. com/products/design_resources/proc_central/microblaze_per. htm

Recherche sur Amazone (livres) :

Ce texte est issu de l'encyclopédie Wikipedia. Vous pouvez consulter sa version originale dans cette encyclopédie à l'adresse http://fr.wikipedia.org/wiki/Microblaze.
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La version présentée ici à été extraite depuis cette source le 07/04/2010.
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