Xilinx可编程逻辑器件设计与开发（基础篇）连载50：Spartan

12.7 PicoBlaze 设计实例

一、 设计要求

1. PICOBLAZE 嵌入式系统，包括1 个8 位的方波输出口，一个驱动两位7 段LED 的输出口，一个时钟输入和一个中断输入。
2. 在Spartan-3an starter 套件中实现。

二、 设计过程

1. 在ISE 11.x中建立一个新的项目，项目名为kcpsm3_int_test，并加入源文件kcpsm3.vhd，这仅仅是一个PicoBlaze控制器核文件，读者可以根据自己的爱好选择不同的设计语言。

2. 编写PicoBlaze的汇编语言源程序，本例中的汇编源程序为int_test.psm，具体如下。

;Interrupt example
;
CONSTANT waveform_port, 02 ;定义方波输出端口ID为02
CONSTANT counter_port, 04 ;定义中断计数器输出端口ID为04
CONSTANT sel_port, 08 ;定义2位7段LED选择输出端口ID为08
CONSTANT pattern_10101010, AA ;定义方波输出口初始值
CONSTANT ini_sel, 01 ;定义2位7段LED位选初始值为01
NAMEREG sA, interrupt_counter ;将sA寄存重新命名为interrupt_counter
;
start: LOAD interrupt_counter, 00 ;中断计数寄存器清零
LOAD s2, pattern_10101010 ;将方波数据载入寄存器s2中
LOAD sD, ini_sel ;将位选值装载入寄存器sD中
ENABLE INTERRUPT ;使能中断
;
drive_wave: OUTPUT s2, waveform_port ;输出方波
OUTPUT sD, sel_port ;输出LED位选
LOAD s0, FF ;延时
loop3: LOAD s1, FF
loop4: SUB s1, 01
ADD s1, 01
SUB s1, 01
JUMP NZ, loop4
SUB s0, 01
JUMP NZ, loop3
XOR s2, FF ;方波值取反
XOR sD, FF ;位选值取反
JUMP drive_wave
;
ADDRESS 2B0 ;定义程序存储地址
int_rouTIne: ADD interrupt_counter, 01 ;中断计数器加1
OUTPUT interrupt_counter, counter_port ;输出计数值
OUTPUT sD, sel_port ;输出位选
LOAD sF, FF ;延时
loop1: LOAD sE, FF
loop2: SUB sE, 01
ADD sE, 01
SUB sE, 01
JUMP NZ, loop2
SUB sF, 01
JUMP NZ, loop1
XOR sD, FF
RETURNI ENABLE ;中断返回
;
ADDRESS 3FF ;中断入口地址
JUMP int_rouTIne
3. 将int_test.psm 文件拷贝到Assembler 目录下， 运行DOS 命令， 进入
Assembler 目录，运行如下命令：
kcpsm3 int_test.psm > screen 回车

编译后Assembler 目录中产生了一些新的文件， 如图12-30 所示。其中INT_TEST.VHD/INT_TEST.V 文件为我们需要的文件，它就是PicoBlaze 的程序存储器文件，将它加入到kcpsm3_int_test 项目中。可以看到，生成的PROM 文件名与汇编源程序的文件名相同。

图12-30 编译后Assembler 目录文件

其中screen 文件为一个文本文件，编译过程记录在此文件中，如果源文件有错误，错误信息会在此文件中找到。

4. 建立一个顶层文件。在顶层文件中完成PROM 文件以及PicoBlaze 核文件的连接。下面对顶层文件进行简要说明。
例化kcpsm3 和INT_TEST。
初始化未用的PicoBlaze 输入引脚in_port 和reset。
扩展输出寄存器， 分别是waveforms 、counter 和sel，其端口ID 分别为0x02、0x04 和0x08。
中断输入逻辑。
将计数器的结果译码为7 段LED 的输入编码。

顶层文件源代码如下。
--
library IEEE;
use IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;
use IEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL;
use IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;

--
-------------------------------------------------------------------------
enTIty kcpsm3_int_test is
Port ( LED : out std_logic_vector(6 downto 0);
waveforms : out std_logic_vector(7 downto 0);
interrupt_event : in std_logic;
clk : in std_logic;
selp : out std_logic);
end kcpsm3_int_test;
-------------------------------------------------------------------------
architecture Behavioral of kcpsm3_int_test is
--
component kcpsm3
Port ( address : out std_logic_vector(9 downto 0);
instrucTIon : in std_logic_vector(17 downto 0);
port_id : out std_logic_vector(7 downto 0);
write_strobe : out std_logic;
out_port : out std_logic_vector(7 downto 0);
read_strobe : out std_logic;
in_port : in std_logic_vector(7 downto 0);
interrupt : in std_logic;
interrupt_ack : out std_logic;
reset : in std_logic;
clk : in std_logic);
end component;
--
component int_test
Port ( address : in std_logic_vector(9 downto 0);
instruction : out std_logic_vector(17 downto 0);
clk : in std_logic);
end component;
--
-------------------------------------------------------------------------
signal address : std_logic_vector(9 downto 0);
signal instruction : std_logic_vector(17 downto 0);
signal port_id : std_logic_vector(7 downto 0);
signal out_port : std_logic_vector(7 downto 0);
signal in_port : std_logic_vector(7 downto 0);
signal write_strobe : std_logic;