“軟”控制器是一個在FPGA的可編程結(jié)構(gòu)中實現(xiàn)的處理器、存儲器和外設(shè)的平臺。過去，現(xiàn)成的微控制器的價格大大低于軟處理器的價格。如今隨著90納米或采用更小工藝的最新低成本現(xiàn)場可編程門陣列（FPGA）的出現(xiàn)，它們的整體成本已具有可比性。設(shè)計人員可以對軟微控制器進(jìn)行調(diào)整，以便符合目標(biāo)應(yīng)用所需的功能和性能。有些通用微控制器附加了一些不必要的功能，與這些通用微控制器相比較，使用軟微控制器可能會導(dǎo)致更低的成本。因此，對成本敏感的應(yīng)用，如那些針對消費產(chǎn)品的設(shè)計，現(xiàn)在用軟微控制器是一個可行的辦法。已經(jīng)證明，低成本FPGA是一種節(jié)省成本的解決方案，因為它們可以取代大量的器件。如果設(shè)計中已使用了FPGA ，微控制器可集成到這個FPGA之中，節(jié)省了使用分立元件或一個額外FPGA 的成本。
LatticeMico32微控制器
萊迪思的軟微控制器的核是LatticeMico32處理器。LatticeMico32是采用哈佛存儲器架構(gòu)的RISC設(shè)計。哈佛架構(gòu)允許執(zhí)行單周期指令，因為允許同時訪問獨立的32位指令和數(shù)據(jù)總線。LatticeMico32有32個通用寄存器，可處理多達(dá)32個外部中斷。有兩個可選方法來改善吞吐量，以避免Wishbone總線訪問指令和數(shù)據(jù)存儲器。第一種方法是使用高速緩存（圖1 ） 。第二種方法是使用“內(nèi)聯(lián)”存儲器（圖中未顯示） 。內(nèi)聯(lián)存儲器是直接與指令和/或數(shù)據(jù)流水線相連的存儲器，而不是通過WISHBONE 來訪問。這兩種方法可在一起使用。圖1中突出展示了這些特點，并展示了一些其它元件。
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圖1 LatticeMico32的結(jié)構(gòu)圖 |
為了加快微控制器平臺的開發(fā)，幾個外圍元件可與LatticeMico32微處理器一起使用。通過Wishbone總線接口把這些元件連接到處理器，這是一個由OpenCores組織制定的免費開放協(xié)議。通過使用這個開放源總線接口，用戶可以把自己的WISHBONE元件放入其嵌入式設(shè)計。
除了外設(shè)可用Wishbone總線之外， 還可以構(gòu)建一個總線互連結(jié)構(gòu)， 這樣不但能使元件之間能夠互相通信， 而且還可以進(jìn)行調(diào)整，從而滿足了系統(tǒng)的吞吐量需求。
設(shè)計流程
LatticeMico32 System軟件開發(fā)工具提供了一個快速簡便的方法來實現(xiàn)微控制器設(shè)計。包括從微控制器的定義到軟件的開發(fā)和調(diào)試。該工具基于Eclipse C / C + +開發(fā)工具（ CDT ）環(huán)境，這是一個業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)的開放源代碼軟件開發(fā)架構(gòu)（圖2 ）。
圖2 易于使用的圖形用戶界面開發(fā)工具
LatticeMico32 System有3個集成工具：
MicoSystem Builder (MSB)
MSB生成微控制器的結(jié)構(gòu)，以及針對硬件實現(xiàn)的相關(guān)硬件描述語言（HDL）代碼。設(shè)計者可以選擇外圍元件，把它們連接到微處理器，并指定它們之間的連接。其它工具要使用微控制器的結(jié)構(gòu)信息，以便使代碼完全針對微控制器。例如，UART可移入微控制器的存儲器空間（從而更新微控制器的結(jié)構(gòu)） ，針對這一更新微控制器的軟件將通過新的空間來訪問UART。MSB還能構(gòu)建處理器（和其它主元件，如DMA ）和從外設(shè)之間的互連，從外設(shè)用來調(diào)整吞吐量的需求。例如，當(dāng)多個主元件與不同的外設(shè)通信時，多個主元件可以共享一個總線來訪問所有的外設(shè)?；蛘呙總€主元件可以直接以非共享的形式訪問任何一個外設(shè)，該外設(shè)只與那個主元件通信。這需要用更多互連的總線，但允許兩個主元件同時訪問不同的外圍設(shè)備。最合適的總線互連將取決于該系統(tǒng)的通信模式和吞吐量的需求。
C/C++軟件項目環(huán)境(SPE)
C / C + + SPE是一個集成的軟件開發(fā)環(huán)境。它包括一個制作系統(tǒng)，針對用MSB構(gòu)建的某一微控制器、調(diào)用編譯器、匯編器和創(chuàng)建代碼的連接器。
調(diào)試器
C / C + +源代碼級調(diào)試器提供了軟件調(diào)試功能，調(diào)試可以是源代碼級或匯編級，這些代碼在軟微控制器/ FPGA中運行。支持標(biāo)準(zhǔn)的調(diào)試任務(wù)，如設(shè)置斷點、步進(jìn)，并允許用戶觀察處理器中的寄存器和存儲器的狀態(tài)。
Reveal硬件調(diào)試器
Reveal硬件調(diào)試器是一個片上調(diào)試器，它有別于LatticeMico32軟件調(diào)試器。然而，LatticeMico32調(diào)試器能深入觀察微控制器的狀態(tài)（如寄存器，存儲器的內(nèi)容） ，而Reveal則能夠深入觀察硬件。有了Reveal，用戶可以“跟蹤”任何一組設(shè)計信號。當(dāng)啟動和停止跟蹤時，可設(shè)定復(fù)雜跟蹤觸發(fā)條件來加以控制。調(diào)試一個含有軟微控制器的系統(tǒng)時，可將Reveal和LatticeMico32調(diào)試器一起使用，這樣就有了高度的可見性和可用性。
支持Windows和Linux的工具鏈提供以下幾個方面的支持：
- 小型的C庫
- 自動和用戶定義制作
- 應(yīng)用到非易失性存儲器（如SPI閃存 ）
操作系統(tǒng)
LatticeMico32支持以下操作系統(tǒng)：
- 源于奧地利Theobroma Systems的uClinux 和U-Boot
- 源于Micriμm的µC/OS-II RTOS
- TOPPERS/JSP的µITRON RTOS
資源利用率和性能
LatticeMico32具有很高的性能并占用最小的資源。對那些關(guān)心資源的設(shè)計者來說，基本配置不使用指令或數(shù)據(jù)高速緩存、單周期移位器，也沒有乘法器。對于那些更加關(guān)心性能的設(shè)計人員而言，全面配置使用8K字節(jié)指令高速緩存、8K字節(jié)的數(shù)據(jù)高速緩存、3個周期的移位器和乘法器。對需要考慮折衷方案的用戶，標(biāo)準(zhǔn)配置類似于全面配置，但沒有8K字節(jié)的數(shù)據(jù)高速緩存。
開放源代碼方法
在各種軟件領(lǐng)域，開放源代碼越來越受歡迎了，并已被臺式機/服務(wù)器軟件所接受。采用開放源代碼IP的好處包括更多的可見性、更大的靈活性，以及提高可移植性。
開放源代碼能夠觀察微處理器的細(xì)節(jié)。通過訪問源代碼，設(shè)計人員對這個核的細(xì)節(jié)會有一個全面的了解。此外，開放源碼對這個IP提供了更大的靈活性，并且對每個人都開放，因此設(shè)計人員可以對它進(jìn)行核查，并對此IP作出改進(jìn)。這種采用開放源代碼的方法使整個用戶群體幫助查明問題所在，并制定解決方案。這意味著，不僅允許用戶修改源代碼，還鼓勵他們這樣做。這種用戶群體相互促進(jìn)導(dǎo)致開放源代碼的IP往往比傳統(tǒng)的專有IP更加穩(wěn)健和可靠。最終，開放源碼提供了改進(jìn)的可移植性。用戶贊賞獨立的架構(gòu)，因為一個開放源代碼的IP核可用于任何FPGA ，甚至可以遷移到一個更高批量，成熟設(shè)計的ASIC中。獨立的架構(gòu)是很有價值的，因為它能夠確保在最后一分鐘對器件做出修改的情況。應(yīng)該認(rèn)識到，開放源代碼IP最常見的好處是：它是免費的。