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1、第32卷第7期計(jì)算機(jī)工程2006年4月Vol.32№7ComputerEngineeringApril2006·發(fā)展趨勢(shì)/熱點(diǎn)技術(shù)·文章編號(hào)：1000—3428(2006)07—0006—04文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A中圖分類號(hào)：TP302嵌入式CPU軟核綜述孫愷，王田苗，魏洪興，陳友東(北京航空航天大學(xué)機(jī)械工程及自動(dòng)化學(xué)院機(jī)器人研究所，北京100083)摘要：隨著FPGA和SoPC(SystemonProgrammableChip)技術(shù)的迅速發(fā)展，基于FPGA的嵌入式系統(tǒng)得到了廣泛的研究和應(yīng)用。該文針對(duì)目前比較有影響和特點(diǎn)的4款嵌入式CPU軟核Nios/Nios2、Mic
2、roBlaze、Leon2/Leon3和OpenRISC1200進(jìn)行了性能分析和對(duì)比，最后分析了各個(gè)CPU軟核的特點(diǎn)。關(guān)鍵詞：嵌入式系統(tǒng)；CPU；軟核；FPGASummaryofEmbeddedCPUSoft-coreSUNKai,WANGTianmiao,WEIHongxing,CHENYoudong(RoboticsInstitute,SchoolofMechanicalEngineering&Automation,BeijingUniversityofAeronauticsandAstronautics,Beijing100083)【Abstract】Wi
3、ththerapiddevelopmentofFPGAandSoPC(systemonprogrammablechip)technology,embeddedsystembasedonFPGAisresearchedandusedwidely.FourinfluentialanddistinctiveCPUsoft-cores:Nios/Nios2,MicroBlaze,Leon2/Leon3andOpenRISC1200arecomparedbyperformanceinthispaper.Andatlast,characteristicsofthosesof
4、t-coresareanalyzed.【Keywords】Embeddedsystem;CPU;Soft-core;FPGA1概述要在100萬(wàn)美元左右。ASIC的設(shè)計(jì)周期也越來(lái)越長(zhǎng)，一次流嵌入式系統(tǒng)的硬件通常包括CPU、存儲(chǔ)器和各種外設(shè)器片成功的概率大大減小，這些因素導(dǎo)致基于ASIC的產(chǎn)品只件，其中CPU是系統(tǒng)的核心，其重要性不言而喻。隨著FPGA有在產(chǎn)量達(dá)到相當(dāng)規(guī)模的時(shí)候才能平衡前期的投資。和SoPC技術(shù)的發(fā)展，基于FPGA的嵌入式系統(tǒng)與傳統(tǒng)的基由于FPGA設(shè)計(jì)是以軟核的設(shè)計(jì)和使用為主的，因此隨于ASIC技術(shù)的嵌入式系統(tǒng)相比，具有設(shè)計(jì)周期短、產(chǎn)品上著基于FPG
5、A的嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)技術(shù)和市場(chǎng)的成熟，嵌入市速度快、設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)和設(shè)計(jì)成本低、集成度高、靈活性大、式CPU軟核的大量應(yīng)用成為可能。目前市場(chǎng)上已經(jīng)有幾百種維護(hù)和升級(jí)方便、硬件缺陷修復(fù)和排除簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。但是基嵌入式處理器，每種處理器的性能、接口和配套外設(shè)往往不于FPGA的嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用一直受到FPGA器件的成本、同。如何選擇一個(gè)適合應(yīng)用需求的處理器是嵌入式開(kāi)發(fā)人員容量、功耗等問(wèn)題的困擾。隨著FPGA設(shè)計(jì)和制造技術(shù)的發(fā)面對(duì)的一個(gè)最大的挑戰(zhàn)。目前比較有影響和特點(diǎn)的4款嵌入展，以上問(wèn)題逐步得到解決。式CPU軟核分別是Nios/Nios2、MicroBlaze、Leon2/L
6、eon3現(xiàn)在，F(xiàn)PGA已經(jīng)代替存儲(chǔ)器成為推動(dòng)IC制造技術(shù)發(fā)展和OpenRISC1200，下面對(duì)它們進(jìn)行一下分析和比較。的主要?jiǎng)恿?。Xilinx的SpartanIII器件采用了90nm、300nm2Nios/Nios2的工藝，并很快推出了采用相應(yīng)工藝制造的器件。就可用邏Nios/Nios2由Altera公司推出，由于Altera公司的大力輯門(mén)和I/O的數(shù)量來(lái)說(shuō)，新型FPGA可輕松滿足100萬(wàn)門(mén)級(jí)推廣，是目前應(yīng)用最為廣泛CPU軟核，成為事實(shí)上的工業(yè)標(biāo)SoC系統(tǒng)的要求。除了邏輯門(mén)和I/O數(shù)量，SpartanIII系列準(zhǔn)之一。Nios系列處理主要應(yīng)用在網(wǎng)絡(luò)、通信、數(shù)字信
7、號(hào)處FPGA還可以提供近2M位的塊RAM和104個(gè)硬連線的18理、海量存儲(chǔ)、工業(yè)控制和消費(fèi)類電子產(chǎn)品中。Nios出現(xiàn)于×18乘法器，而VirtexIIProFPGA則可提供高達(dá)10M位塊2000年，專門(mén)針對(duì)Altera的FPGA進(jìn)行了優(yōu)化，是一種可配RAM和556個(gè)乘法器，這些對(duì)于DSP系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)非常關(guān)鍵。置的16/32位RISC處理器，采用5級(jí)流水線，哈佛結(jié)構(gòu)，其同時(shí)，F(xiàn)PGA的成本在迅速降低。Xilinx的100萬(wàn)門(mén)級(jí)的特點(diǎn)有3個(gè)。Spartan-3，批量?jī)r(jià)格低于12美元。Altera的Cyclone系列FPGA(1)有16位和32位兩個(gè)版本，兩種版本的指令
8、集都是16每1000個(gè)邏
