一、創建帶有MicroBlaze處理器的IP設計

使用Vivado進行MicroBlaze設計和使用ISE有很大的不同。（譯者加：所以你要仔細看下面的說明）
Vivado IDE使用IP綜合設計工具進行嵌入式開發。IP綜合工具是一個基于圖像界面的工具，能夠幫助你構建復雜的IP子系統。
Vivado IDE的IP目錄中提供了很多現成的IP核，提供使用。你也可以向這個目錄添加自定義的IP核。

開始IP綜合設計（步驟）
1、在工作流導向面板中的IP Integrator中，點擊Create Block Design。（表示你要開始構建帶有IP核的框圖了）
2、Add IP，找到MicroBlaze，添加到Block中。
（當然，也可以用tcl命令添加IP核：create_bd_cell -type ip -vlnv xilinx.com:ip:microblaze:9.3 microblaze_0）
3、雙擊MicroBlaze的Block，開始配置軟核。

三、MicroBlaze配置窗口（配置窗口說明）

MicroBlaze的配置向導提供如下功能：
---可一鍵配置的基于模板的配置對話框
---MicroBlaze主要參數的評估：相對面積，頻率，性能表現，評估是基于對話框中給定的參數。
---配置流程的向導
---所有配置選項的提示，用來理解各個選項的作用
---使用Adaanced按鈕，可以直接訪問tabbed接口的所有選項。

MicroBlaze配置向導提供如下向導頁：
---配置向導(Configuration Wizard)：第一頁，提供模板選擇和一般設置。
---一般設置(General)：執行單元的選擇，優化。
---異常(Exceptions)：異常功能的使能。（如果在第一頁選中了該功能）
---調試(Debug)：斷點和查看點的數量。（如果在第一頁選中了該功能）
---緩存(Cache)：緩存設置。（如果在第一頁選中了該功能）
---內存管理單元(MMU)：MMU設置。（如果在第一頁選中了該功能）
---總線(Buses)：總線設置。最后一頁，總是顯示。

在配置向導的歡迎頁中，左邊顯示的是當前設置的頻率、面積和性能的相對評估值。
頻率：這個值是用當前架構的最大值進行歸一化取得相對值。表示當前設置能夠達到的頻率。（這個值可能會比實際的值超過30%，不要把這個估計值當做系統一定能達到的頻率的保證。）
面積：這個值表示LUT數量，用當前架構的最大值進行歸一化取得相對值。...（...5%...）
性能：當前設置下的相對性能估計。
BRAMs：（Vivado 2015.1中沒找見）
DSP48或者MULT18：（Vivado 2015.1中沒找見）

第一頁（Welcome Page）
使用配置向導最簡單的辦法便是，使用六個配置模板中的一個，每一個配置模板都是一個完整的配置方案。你可以使用模板作為自己配置的起點，再修改模板給定的設置。

每當你修改一個選項，左邊的評價參數便會實時更新。下面介紹這六個配置模板。
---最小面積（Minimum Area）：軟核提供的最小架構。沒有緩存和調試。
---最強性能（Maximum Performance）：可能的最大性能。擁有很大的緩存和調試，擁有所有的執行單元。
---最高頻率（Maximum Frequency）：可能的最高頻率。小緩存，沒有調試，一部分執行單元。
---帶有MMU的Linux（Llinx with MMU）：當運行帶有MMU的linux時，能夠獲得高性能的設置。內存管理使能，大的緩存和調試，所有的執行單元。
---低端的帶有MMU的Linux：...內存管理使能，小的緩存和調試。
---典型：在性能、面積、頻率中取了折中。適合脫機程序，低開銷內核。有緩存和調試功能。

一般設置
如果模板沒有選擇，也可以在頁面中，根據項目需求，進行選項配置。當你把鼠標放在選項上時，會出現一個提示，告訴你它有什么用。下面詳細介紹這些選項。
---Select implemention to optimize area(with lower instruction throughput)：使能面積優化功能。如果選了這個，implementation就會優化面積，尤其是減少流水線數量，從5條減少到3條。（推薦：建議在資源比較緊張的架構，如Artix-7，使能這個選項。然而，如果對性能有敏感的要求，就不要選這個選項，因為一些指令需要額外的時鐘周期去執行。另外，對于MMU, Branch Target Cache, Instruction Cache Streams, Instruction Cache Victims, Data Cache Victims, ACE是不能進行面積優化的。）
---Enable MicroBlaze Debug Module Interface：使能調試功能。用Xilinx Microprocessor Debugger來下載、調試程序。（推薦：除非面積資源奇缺，否則不要禁止這個功能。）
---Use Instruction and Data Caches：當執行放在LMB之外的程序的時候，可以使用指令緩存來改善性能。指令緩存有如下特點：....當使用外部存儲時，激活這個選項可以明顯地改善性能，即使這個緩存很小。
---Enable Exceptions：當使用一個支持異常的操作系統時，需要激活這個選項。或者在一個單獨的程序中添加異常回調函數。
---Use Memory Management：當使用一個支持虛擬內存保護的操作系統時（如Linux），需要激活。（當你使能面積優化或者堆棧保護功能時，內存管理單元是不可見的，自動禁止）
---Enable Discrete Ports：使能軟核上的獨立端口。

第二頁（General）
1、指令（Instructions）
---使能桶型移位器（Enable Barrel Shifter）：使能軟核中的筒形移位器硬件。激活這個參數，就可以使用如下指令（bsrl,bsra,...）使能這個可以提高應用的性能，但是會增大軟核的尺寸。如果激活，編譯器會自動使用筒形移位器指令。
---使能浮點單元（Enable Floating Point Unit）：使能一個單精度浮點單元（FPU）。使用FPU可以明顯地提高應用的單精度浮點性能，同時也會增大軟核的尺寸。
---使能整形乘法器（Enable Integer Multiplier）：使能一個整形乘法器硬件。若激活，則可以在給MUL32賦值時，使用mul和muli指令。當給MUL64賦值時，使用mulh,mulhu,mulhsu指令。這個參數可以設置為NONE，可以把MUL或者DSP48釋放，用作其他用途。這樣做對軟核的面積影響很小。當使用這個選項，編譯器自動使用mul指令。
---使能整形觸發器（Enable Integer Divider）：使能一個整形除法器硬件。若激活，可以使用idiv，iduvu指令。使能這個選項可以提高應用中的除法性能，但是增大了軟核的尺寸。當使用這個選項，編譯器自動使用idiv指令。
---使能額外機器狀態寄存器指令（Enable Additional Machine Status Register Instructions）：若激活，則可以讀寫MSR，使用msrset和msrclr命令?？梢蕴岣咴L問MSR的性能。
---使能模式比較器（Enable Pattern Comparator）：如激活，則可以使用模式匹配指令pcmpbf，pcmpeq，pcmpne。模式匹配字節查找指令（pattern comparator byte find, pcmpbf）返回找到的第一個字節的位置，提高字符串和模式匹配操作的效率。若使能，SDK庫會自動使用這個指令。pcmfeq和pcmpne指令根據兩個字是否相同，返回1或者0。這些指令會提高setting flags的效率，編譯器會自動使用它們。激活這個選項還可以count leading zeros指令，clz。clz指令能提高優先級編碼的效率。
---使能保留的加載/保存和交換指令（Enable Reserved Load/Store and Swap Instructions）：lbur,lhur,lwr,sbr,shr,swr,swapb,和swaph。這些指令能夠以相對的字節序來讀寫數據，交換指令能交換字節或者半個字長。當用little-endian的MicroBlaze訪問big-endian的網絡時，可以提高效率。
---使能額外的流命令（Enable Additional Stream Instructions）：當使用AXI4-Stream鏈接時，提供額外的功能。這包括動態訪問指令GETD和PUTD，這兩個指令用寄存器來選擇接口。（重要：一定要激活流異常功能，才能使用這些指令，而且知道選擇一個流鏈接）

2、優化
選擇Implementation來優化面積（當指令吞吐量很低時）：這個選項和歡迎頁的選項功能相同。...

3、容錯
---使能容錯功能（Enable Fault Tolerance Support）

第三頁（異常）
1、數學異常（Math Exceptions）
---使能浮點單元異常
---使能整形除法異常
2、總線異常（Bus Exceptions）
---使能指令端AXI異常
---使能數據段AXI異常
3、其他異常（Other Exceptions）
---使能非法指令異常
---使能Unaligned數據異常
---產生非法指令異常，除了NULL指令
---使能流異常
---使能堆棧保護

第四頁（緩存）
第五頁（MMU）
第六頁（調試）
第七頁（總線）
1、本地內存總線接口（LMB）
2、AXI和ACE接口
3、流接口
4、其他接口

四、MicroBlaze處理器的交叉觸發特性

當使能basic debugging，交叉觸發功能有兩個信號提供：DBG_STOP和MB_Halted。
---當DBG_STOP輸入為1，MicroBlaze會在幾條指令后暫停。XMD檢測到MicroBlaze暫停了，并記錄暫停的位置。這個信號可以被任何外部的事件用來暫停軟核，例如當一個集成邏輯分析器（ILA）被觸發。
---MB_Halted輸出信號為1，當MicroBlaze暫停的時候，例如碰到一個斷點或者觀察點，執行了一條XMD停止指令之后，或者當DBG_STOP被置1。當通過XMD命令重新啟動軟核時，輸出清0。

這兩個引腳是隱藏的，除非在歡迎頁中使能顯示獨立端口（Show Discrete Ports）。

你也可以使用MB_Halted信號來觸發一個集成邏輯分析器，或者在多核系統中，暫停其他MicroBlaze軟核（連接到它們的DBG_STOP端）。
當啟動擴展調試功能時，交叉觸發功能可以和MDM一起使用。MDM在所有連接的處理器中，提供可編程的交叉觸發功能，包括外部觸發的輸入端和輸出端。可以查閱MicroBlaze Debug Module Product Guide手冊查看細節。

MicroBlaze最多支持8個交叉觸發動作。交叉觸發動作由相對應的MDM交叉觸發輸出產生，兩者通過調試總線連接。

可以有兩個地方設置擴展調試功能：一個是前面提到的調試配置頁，另一個是在運行MicroBlaze的Block Antomation時，選擇該功能。
另外，還要在MDM模塊的配置頁中，使能交叉觸發功能（Enable Cross Trigger）。MDM模塊可以最多配置4組外部觸發的輸入和輸出。
最后，運行Connection Automation，連接交叉觸發信號到ILA(ILA教程)。
...

五、自定義邏輯

Vivado的IP管理器允許用戶和第三方IP核開發者將自定義的IP核添加到Vivado的IP核目錄中。這樣用戶就能在Vivado中實例化第三方IP核了。
當IP開發者使用Vivado的IP管理器打包IP核時，IP的使用者對xilinx提供的IP核，還是第三方IP，亦或用戶定義的IP，都有一樣的使用體驗。
IP開發者可以使用IP管理器打包IP文件，并把數據放入ZIP文件。IP使用者接收這個ZIP文件，安裝到Vivado的IP目錄中，然后用戶就可以使用這個IP核了。

推薦：為了保證IP核的質量，建議IP開發者在用用戶的使用工作流中運行每一個IP核，確保每個IP核都是可用的。

六、完成連接（Completing Connections）

當你配置完了MicroBlaze處理器，就可以開始實例化其他IP核，繼續你的設計。
在Canvas(放置Block的面板)上，右擊，選擇Add IP。
你可以使用兩個內置的特性來完成子系統剩余部分的IP核設計：Block Automation和Conncetions Automation，幫助你放置一個基本的微處理器系統，并且/或者連接端口到外部I/O口。

Block Automation
當block design中實例化了一個ZYNQ7處理系統或者MicroBlaze處理器時，Block Automation功能就可以使用。

1、點擊Run Block Automation，幫助你完成一個簡單的MicroBlaze系統。
Run Block Automation對話框提供了一個微處理器系統必需的基本特性。

2、單擊OK。
Using Connection Automation
當IP集成工具發現canvas上的IP實例化之間，存在可能的連接時，它會打開Connection Automation功能。
例如，我另外添加了兩個IP核，GPIO和Uartlite。IP集成工具會決定一下連接：
---處理器的ext_reset_in引腳必須連接到一個復位源，復位源可以是內部的復位源，或者是外部輸入引腳。
---時鐘模塊的CLK_IN_1_D引腳必須連接到一個內部時鐘源，或者外部輸入引腳。
---AXI GPIO的s_axi必須接到一個主機的AXI接口上。
---AXI GPIO的核心gpio必須接到外部的IO引腳。
---Uartlite的s_axi必須接到一個主機的AXI接口上。
---Uartlite的uart必須接到外部引腳上。

Using Board Automation
當使用像KC705這種刁刁的板子的時候，Vivado提供了Board Automation（像我這種撐死只有Nexys4的屌絲，只能......怒略一記）

Manual Connections in an IP Integrator Design
（譯者注：一般連線方式，可以手動連接，類似于AD畫板子軟件里的那種）

Manual Creating and Connecting to I/O Ports
你可以在IP工具中創建外部IO端口。你可以選擇信號或者接口到外部的IO端口，通過選擇一個引腳，總線或者接口連接。

具體辦法是，在模塊的引腳接口處，右擊。在彈出的菜單中，選擇：
---Make External.可以用多選操作（Ctrl+Click）選擇多個端口。這個命令的作用是連接模塊上的引腳到外部引腳。
startgroup
create_bd_intf_port -mode Master -vlnv xilinx.com:interface:gpio_rtl:1.0 GPIO
connect_bd_intf_net [get_bd_intf_pins axi_gpio_0/GPIO] [get_bd_intf_ports GPIO]
endgroup
（這是該操作的tcl命令，第一句話是創建端口，第二句話是連接）

---Create Port.對非信號接口使用該命令，如clock,reset,或者uart_txd.創建的時候，可以設定很多參數，比如輸出/輸出，位寬，類型等等。如果是時鐘，需要指定它的頻率。
startgroup
create_bd_port -dir I -type clk aa
set_property CONFIG.FREQ_HZ 100000000 [get_bd_ports aa]
endgroup
（這是該操作的tcl命令，第一句話是創建端口，第二句話是設置參數）

---Create Interface Port。對同一個功能的一組信號接口創建此類端口。例如，S_AXI是一些Xilinx IP的接口端口。這個接口還可以指定接口的類型和模式（主機還是從機）。

Memory Mapping in Address Editor

產生地址映射的方法如下：
1、單擊Address Editor。
2、單擊左邊的Auto Assign Address按鈕。（按鈕在左側）

如果你從IP框圖產生RTL代碼時沒有第一次生成地址，會彈出一個提示框，提供一個自動分配地址的工具。
你也可以在Offset Address和Range兩類輸入值，來設置地址。只有當IP框圖中包含一個總線主機的IP核（例如ZYNQ7）時，Address Editor才會打開。

Running Design Rule Checks
Vivado實時進行設計規則檢查。然而，錯誤總是會發生。例如，時鐘引腳上的頻率也許沒有設置正確。
如果要運行一個全面的檢查，可以單擊Validate Design。

Integrating a Block Design in the Top-Level Design
完成了上面的步驟后，還有兩個步驟需要做：
---產生輸出文件
---創建HDL封裝

在項目的源文件窗口創建文件。文件類型取決于項目新建時是verilog還是vhdl。具體方法如下：
1、在Block Design面板下，展開Design Source，選擇Generate Output Products。
2、在左側的工作流面板中的IP工具下，單擊Generate Block Design.
你可以在一個高層次設計中集成一個IP block。這樣做的方法是，在高層次的HDL文件中，實例化這個Block設計。

為了實例化一個更高的層次，在Block Design面板中的Design Sources中，右鍵design，選擇創建HDL封裝。

Vivado提供了兩種創建HDL封裝的方法：
---Vivado新建并自動更新封裝，這是默認選項。
---創建一個用戶可修改的腳本，這個腳本可以修改和保存。如果你選擇了這個，那你每次如果修改了block design中的端口，都需要修改手動更新封裝。

到這里，你已經為你的IP設計做好了HDL封裝，可以進行后面的步驟了。

MicroBlaze處理器約束
IP工具已經在產生輸出文件時，為IP核創建了約束文件；然而，你必須為自定義的IP或者更高層次的代碼設置約束。
一組約束，是XDC文件中的包含了設計約束的集合。有兩種約束：
---物理約束。定義了引腳放置，以及元胞（BRAM, LUT, Flip Flop）的絕對或者相對位置，還有器件的配置。
---時序約束。遵循SDC業界標準，定義了設計的頻率要求。如果沒有時序約束，Vivado僅僅會優化線寬和布線擁堵。（如果沒有時序約束，Vivado的implementation就無法提高設計的性能。Vivado不支持UCF格式的約束）

關于時序約束，下面多說兩句：
你有幾種使用約束集合的方法：
---一個約束集合中有多個約束文件
---多個約束集合，然而在分開的文件夾中。
---一個主約束文件，設計中的改變存于一個新的約束文件夾中。
---...
按功能，分開約束文件，有利于你從宏觀更清楚地把握約束策略，有利于應對時序和實現過程中的變化。
約束水太深，又太重要，詳情查看官方文檔。Vivado Design Suite User Guide: Using Constraints

當你完成了設計，也約束完了，現在可以進行合成、實現、生成bit流了。

然后，就可以導入硬件到SDK了。具體方法是：
File->Export->Export Hardware for SDK，彈出對話框，提供一些選擇選項。你可以導出硬件定義和比特流，并打開SDK。然后，就可以開始編寫軟件了?；蛘?，你也可以從SDK把elf文件導入到Vivado。