基于MicroBlaze軟核的FPGA片上系統設計

　　在EDK開發套件的XPS集成開發環境下進行系統硬件設計。在其界面環境下，添加IP核，進行系統連接和各項參數設置。由于系統中包含的硬件算法模塊不是標準模塊，因此工程需要設置成子模塊方式，利用平臺產生器，根據硬件描述文件(.MHS文件)，生成嵌入式系統子模塊的網表文件(.NGC)。然后在ISE設計環境下，從外部通過GPIO端口與硬件算法模塊相連，從而構成整個應用系統的硬件模型。

　　在EDK中，每一個外設IP模塊都有自己的軟件函數庫。利用Libgen工具，將所需外設函數數庫的頭文件添加進工程中，通過調用這些函數可以操作和控制這些外設。例如對串口的操作如下：

　　//初始化串口，設置波特率等參數，清空發送和接收緩沖，禁止中斷;

　　XuartLite_Initialize(&UART，XPAR_MYUARTLITE_DEVICE_ID);

　　//發送接收數據

　　XuartLite_Send(&UART,&send_data,1);XUartLite_Recv(&UART,&recv_data,1);

　　使用標準C語言進行應用程序的開發，編寫相應的算法軟件，完成系統功能。軟件流程如圖9所示。

　　將編寫的程序代碼利用mb-gcc編譯工具，根據系統的軟件一并，生成.ELF文件。在編譯鏈接之前，若選擇調試方式，就會在生成文件中加入調試接口SMDstub，進行程序的硬件調試。

　　利用系統的硬件模型以及RAM塊的組織結構文件、ELF文件和用戶結束文件，應用FPGA綜合實現工具(如Xilinx XST)進行綜合，然后下載生成的配置BIT文件

　　到目標板上。利用EDK中提供的GDB調試工具可以進行程序調試。有兩種調試方法：軟件仿真和硬件調試。軟件仿真可以進行程序的功能調試，在開發工具內部就可以進行，不需要硬件支持。硬件調試就是通過JTAG接口或串口(可在硬件設計時選擇)，連接到目標板上的應用系統中的XMD調試接口，將軟件程序下載到系統中進行調試。本課題使用的目標板上的主芯片為Xilinx Spartan IIE 30萬門的FPGA，系統時鐘為50MHz。實際運行完全滿足設計要求。

　　結語

　　采用FPGA和MicroBlaze進行嵌入式系統設計，實現了多片專用芯片的功能，大大縮小了接收機體積，便于系統實現小型化、集成化。捕獲及跳頻同步等算法采用硬件實現，加快了捕獲跟蹤速度。實驗結果表明，FPGA系統設計是正確可行的。如果在系統中配置大容量的SDRAM，加入以太網或USB等高速通信接口，將實時操作系統運行于處理器上，就可以構建一個較為完善的，基于FPGA的嵌入式系統。這將在網絡、通信、消費類產品等多方面有著廣闊的應用前景。