设计开发
开放式CPU实验平台的实验设计
张家铭1郑俊豪2
(1.中南大学信息科学与工程学院潮南长沙410083;2.中南大学软件学院湖南长沙410083)
数事其本开导流用
摘要:CPU是计算机系统的控制中心,也是系统中最复杂的部件。在究善了MIPS构下CPU软核的各类指令之后,搭建一个合适编译环境,便成为一个壶待解决的问题。本文首先端写相关指令集的代码然后使用Limux承规下的GNU工具链实境指今集的编译最后通过DE2平台进行实验验证。究成一个完整的实验流程
关键词:开放式实验平台Limux系统GNU.工具链
中图分类号：TP332
文献标识码：A
在完善了MIPS架构下CPU软核的各类指令之后，搭建一个合适编译环境，便成为一个待解决的问题，如何进行一次完整的实
验过程，下面进行一次完整的举例： 1举例主要完成以下过程
在Linux虚拟机下的编译过程；GPIO实验设计流程，DE2验证流程。Linux系统下的编译过程。
(1)虚拟机安装与系统配置，安装Lux操作系统到虚拟机是比较简单事情，就不再赞述。
(2)GNU工具链安装与配置，进去Ubuntu系统的桌面，呼出命令行。输人：
od /opt tar vxfj mipssdeelfi686pclinuxgun.tar.
tar
再指定相关的路径，就可以看到一系列的文件，我们需要用到的就只有其中的mips-sed-elf-前级的工具。
下面我们开始编译文件，这里的步骤和一般编译器的编译执行过程一模一样：第一步，得到编译文件elf，这是个可链接的文件，第二步，使用mipssed-elf-ld，进行链接，得到一个后缓为，on的文件这个文件就是可执行性文件，但是不能直接写人ROM里面；第三步，利用mipssed-elf-objcopy，转化为二进制形式的文件(bin)，第四步，需要将二进制转化为ROM中的存储格式。当然合起来就是四条命令行，分别代表编译，链接、bin文件、格式转化四个过程：
mipssdeelfas mips32 inst_rom.s o inst_rom.o
mipssdeelfldT ram.ld inst_rom.o o inst_rom.o mipssdeelfobjcopyo binary ram.ld inst_rom.o
o inst_rom.bin
./Bin2Mem.exe f inst_rom o inst_rom.data
(3)相关处理文件的编写但是如果每次都需要这么输人，就是实在是太麻烦了，所以有必要制作一些批处理的文件。得到能够执行的.data文件和反汇编的.asm文件。这里的具体制作过程就不再多做解释，直接做出Makefile文件，相关内容如下：
ifndef CROSS_COMPILE
CROSS_COMPILE = mipssdeelf-endif
CC = $(CROSS_COMPILE)as LD = $(CROSS_COMPILE)Id
OBJCOPY = s(CROSS_COMPILE)objcopy OBJDUMP = $(CROSS_COMPILE)objdump
OBJECTS = inst_rom.o Export CROSS_COMPILE
all: inst_rom.om inst_rom.bin inst_rom.asm inst_rom. data
%.0:%.5
$(CC) mips32 $< o $@
inst_rom, om: ram.Id s(OBJECTS) 收移日期：2015-07-08
文章编号:1007-9416(2015)08-0186-01
$(LD) T ram.ld $(OBJECTS) o $@ inst_rom.bin: inst_rom.om
$(OBJCOPY) O binary s< inst_rom.asm: inst_rom.om $(OBJDUMP) D $< > $@ inst_rom.data: inst_rom.bin
s@
./Bin2Mem.exe f s< o s@ clean:
rm f +.o *.om *,bin *.data *.mif +,asm
如此一来，我们直接在终端，路径调整到源代码所在目录，输
人一makeall就可以解决问题。 2CPU测试实验部分
我们得到了配置文件penmips_min_sopc.sof，但是还不能下载，因为我们的SOPC还没有相应的测试程序，需要按照以下步骤来完成测试：
第1步：编写测试程序、第2步：翻译测试程序、得到进制文件、第 3步：将编译得到的进制文件写入F1ash、第4步：将配置文件 openmips_min_sopc.sof下载到FPGA，第5步：复位OpenMIPS，第 6步：开始运行。
其中第3步，下载平台附带的配置文件到FPGA，并先Erase Flash，然后将对应的二进制文件写人Flash,这是由Flash的特性决定的。第5步的复位就是将指定开关上拨，给一个高电平，第6步就是将第5步上投的开关下拨一下，启动程序。在处理器部分，预设了三个实验，分别是GPIO实验，串口UART实验以及模拟操作系统加载过程的实验，分别测试输出，循环，中断等功能。这里仅简单介绍一下GPIO的实验(因为到目前为止，为了演示本过程，本项目也是完成了相关逻辑运算和一个简单加载指令的设计)，其它类似实验仿照如此设计即可。
3GPIO实验过程及结果展示
GeneralPurposeInputOutput（通用输人/输出）简称为 GPIO，或总线扩展器，利用工业标准I2CSMBus或SPI接口简化了 I/O口的扩展。当微控制器或芯片组没有足够的I/O端口，或当系统需要采用远端中行通信或控制时，GPIO产品能够提供额外的控制和监视功能。本项目的GPIO直接使用OpenCores站点提供的开源 GPIOIP核，对于本实验来说，该核具有以下特点：
(1)接口数量可配置，且所有接口均为双向的，(2)可采用Wish-
bone总线的相关规则其它特点参考技术手册，参考文献
[1](英)Dominic Sweetman,MIPS体系结构透视[M].北京：机械工业出版社，2008
[2]雷思磊.自己动手写CPU[M].北京：电子工业出版社,2014.
[3]姜咏江.自已设计制作CPU与单片机[M].北京：人民邮电出版社， 2014.
作者简介：张家铭(1990一),男,湖南袜洲人,中南大学本科在读,研究方向:fpga相关嵌入式;郑俊豪(1994一),男,广东汕尾人,中南大学本科在
读，研究方向linux服务器相关
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