LEON2应用于DCPU的FPGA仿真

LEON2的整数处理单元是5级流水线设计，采用SPARC V8(IEEE一1754)指令和体系结构，具有分离的数据Cache和指令Cache。LEON2的整数单元包括一个可选的16×16的MAC单元，能够完成基本的DSP运算，同时还提供了浮点运算单元(FPU)的接口和协处理器(CP)的接口，可以扩展浮点运算和DSP处理。LEON2选用了ARM公司的AMBA 2.0片上总线标准，用于连接内存控制器、定时器、中断控制器、UART接口、PCI接口、10/100 Mb/s以太网接口等模块。LEON2同时还提供1个调试支持单元和1个调试串口，用于支持片内调试。LEON2的一个非常重要的特点就是具有很好的可配置性。使用者根据自己的需要，通过一个用tcl/tk脚本编写的图形化界面，对LEON2内核的绝大多数模块进行配置，比如可以配置Cache的大小和访问方式，是否支持硬件乘/除法，是否需要内存。

　　Gaisler Research公司还提供了比较完善的基于LEON2的GNU软件开发环境。使用者可以使用TSIM或GRMON进行LEON内核的调试仿真。 LECCS是专门针对LEON的交叉编译系统，可以进行C/C++的编译和调试。SnapGear Linux是基于LClinux的实时Linux内核，它的LEON版提供了对LEON处理器的全面支持，可以支持MMU和NOM—MU等不同配置方案。

　　由以上描述可以看出，LEON2具有强大的硬件配置和完备的软件开发环境支持，可以承担数字机顶盒CPU要求的各种信号处理任务。

　　3 在FPGA开发板上建立LEON2的SoC平台

　　3.1 硬件平台的建立

　　图4就是基于LEON2的平台的模块框图。LE—ON2处理器作为核心部分，片内ROM存放Monitor负责系统初始化和将程序拷贝到片外SRAM内的任务，片外RAM是FPGA开发板上Memory，用来存放程序和数据。设计的IP核通过AHB总线和LEON2相互交互。

　　FPGA开发板主要有以下资源：50 MHz有源时钟;1块Altera公司的核心FPGA芯片EP2C20F484一C8，逻辑单元18 752个;2片512 KB的IS61LV25616一AL SRAM芯片组成32 b宽共1 MB容量，其中每片设计为可兼容1 MB，总共最大可扩充到2 MB;JTAG接口(通过JTAG接口可以从PC机上对EP2C20F484C8进行编程);串口与计算机COMl相连，可以用于程序下载。

　　将配置好的LEON2的VHDL代码，加入设计的HDL代码，一起使用Synplify综合工具生成FPGA的网表文件;然后使用Quartus进行布局布线，将LEON2核同片内ROM和片外SRAM连接，布局布线完成后生成相应的SOF文件;通过JTAG端口将SOF文件下载到片子上去，对FPGA硬件进行配置，最后占用FPGA资源是5 800个逻辑单元，可以达到的时钟频率最大为46 MHz。

　　3.2 软件设计

　　由于Quartus软件可以预先配置EP2C20F484C8片上ROM，所以可以在LEON2的片上ROM预先配置好的1 KB大小的Monitor软件。Monitor的主要作用是在LEON2系统reset初始化时首先对处理器初始化，对LEON2的存储配置寄存器进行配置;然后向UART口发送启动信息;等待UART信息。当软件部分使用交叉编译器LECCS在PC上编译完毕后，PC机通过UART口和FPGA开发板相互通信，就可以将编译好的srec文件下载到：FPGA开发板上，放置在片内ROM里面的Monitor程序就读入程序的内容以及程序的起始地址。开始Monitor将srec程序拷贝到SRAM程序区，等全部程序下载好以后，Monitor最后1条程序就会自动跳转到程序的起始位置，执行SRAM里的程序。这样就可以反复修改程序，反复下载程序，便于软件的开发和调试。

　　4 结语

　　通过将片上系统映射到FPGA，这样可以在接近运行速度的前提下，验证硬件和软件。这样不仅为软件部分能尽早地进行开发与调试工作提供了原型，同时也可以在实际运行中发现一些在系统设计中没有注意的地方。最终可以缩短设计周期，同时为ASIC设计一次成功提供了更大的把握。

　　在FPGA开发板上建立基于LEON2处理器的SoC平台后，使用这个原型系统，就可以很容易验证系统的性能，并且加速软件开发调试流程。