Xilinx可编程逻辑器件设计与开发（基础篇）连载47：Spartan
12.2.6 picoblaze输入/输出端口
picoblaze微控制器支持最大256个输入口和256 个输出口，picoblaze与输入和输出有关的信号在“picoblaze微控制器接口信号”部分有详细说明，包括port_id[7:0]、in_port[7:0]、out_port[7:0]、read_strobe write_strobe。在时序要求苛刻的设计中， 对port_id 和数据路径允许两个时钟周期， 对于read_strobe 和write_strobe 需要约束到一个时钟周期。为了提高性能，在允许的情况下可以插入流水寄存器。
port_id：此信号作为输入或输出端口的标识或者说是地址。它的有效高电平持续两个时钟周期，这样做的目的是为了有足够的时间进行译码，有足够的时间与异步ram 连接，还有，在双周期操作时，允许从同步ram（例如，bram）中读数据。
input 和output 操作支持直接和间接寻址，端口地址由立即数指定或由寄存器指定。间接寻址方式适用于对bram、具有连续地址的外设、片内或片外存储器中的表格的访问。
扩展picoblaze 外设其实非常方便，唯一具有挑战性的地方在于，如何用最少的逻辑资源实现对port_id 译码。表12-2 所示为一般的方法（取决于端口数）。
一、 input 操作 输入操作将in_port输入口的数据传送到由寄存器sx 指定的16 个数据寄存器中的任何一个，如图12-11所示，port_id 由sy确定或者由一个8位的立即数确定，指定输入源。输入源由一个多路器选择，多路器的大小与输入源的通道数成正比，它直接影响picoblaze 的性能。
图12-11 输入操作和fpga内部接口
图12-12中为输入指令时序图，图中显示picoblaze微控制器从由s7指定的端口读数据，数据被读入s0。当执行此指令时，寄存器s7 的内容出现在port_id上，port_id被fpga内部逻辑译码，被请求的数据出现在in_portread_strobe 在输入指令的第二个时钟周期变高，尽管read_strobe 主要用于fifo，以使fifo 能够更新它的读指针。出现在in_port的数据在第2 个上升沿被采样，表明input指令执行完毕，之后，数据被采样进入s0。
图12-12 input 指令的port 时序
从图12-12时序图可以看出，由于port_id保持两个时钟周期有效，所以输入数据多路器可以被寄存，以保证性能，如图12-13所示。
图12-13 由多路器将多个输入变为一路输入
二、 output 操作 输出操作将寄存器sx 的内容送到out_port，port_id 由寄存器sy 确定或者由一个8位的立即数确定，指定输出口。write_strobe 表明out_port 数据有效，并且准备好被捕获。通常情况下，write_strobe 与port_id 组合成时钟使能或者写使能供fpga逻辑捕获输出数据。
图12-14 out_port与fpga逻辑
图12-14是一个扩展输出端口的实例，图12-15为其时序图，picoblaze 要将s0的内容送到port_id为65hex 的端口，s0 的内容出现在out_port，端口地址65hex 出现在port_id，write_strobe 在指令周期的第二个时钟边沿变高，表明数据有效。
图12-15 out_port 指令的port 时序
对于8个或者少于8个的输出口，常用one-hot编码方式，如图12-16所示，因为它仅需要对port_id的某一位进行译码，所以很大程度上减少了fpga译码逻辑所需资源，同时也提高了性能。如果用来译码的port_id位数为3或者小于3，则译码逻辑仅用一级逻辑即可实现，这时的性能最高。
图12-17所示为一个简单的输出程序，用one-hot编码定义4个输出口，同时定义了一个广播式的输出口，先向4个输出口输出4个不同的值，最后两条语句将所有4个口清零。
图12-16 简单的输出
图12-17 one-hot 编址输出例程
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picoblaze微控制器支持最大256个输入口和256 个输出口，picoblaze与输入和输出有关的信号在“picoblaze微控制器接口信号”部分有详细说明，包括port_id[7:0]、in_port[7:0]、out_port[7:0]、read_strobe write_strobe。在时序要求苛刻的设计中， 对port_id 和数据路径允许两个时钟周期， 对于read_strobe 和write_strobe 需要约束到一个时钟周期。为了提高性能，在允许的情况下可以插入流水寄存器。
port_id：此信号作为输入或输出端口的标识或者说是地址。它的有效高电平持续两个时钟周期，这样做的目的是为了有足够的时间进行译码，有足够的时间与异步ram 连接，还有，在双周期操作时，允许从同步ram（例如，bram）中读数据。
input 和output 操作支持直接和间接寻址，端口地址由立即数指定或由寄存器指定。间接寻址方式适用于对bram、具有连续地址的外设、片内或片外存储器中的表格的访问。
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一、 input 操作 输入操作将in_port输入口的数据传送到由寄存器sx 指定的16 个数据寄存器中的任何一个，如图12-11所示，port_id 由sy确定或者由一个8位的立即数确定，指定输入源。输入源由一个多路器选择，多路器的大小与输入源的通道数成正比，它直接影响picoblaze 的性能。
图12-11 输入操作和fpga内部接口
图12-12中为输入指令时序图，图中显示picoblaze微控制器从由s7指定的端口读数据，数据被读入s0。当执行此指令时，寄存器s7 的内容出现在port_id上，port_id被fpga内部逻辑译码，被请求的数据出现在in_portread_strobe 在输入指令的第二个时钟周期变高，尽管read_strobe 主要用于fifo，以使fifo 能够更新它的读指针。出现在in_port的数据在第2 个上升沿被采样，表明input指令执行完毕，之后，数据被采样进入s0。
图12-12 input 指令的port 时序
从图12-12时序图可以看出，由于port_id保持两个时钟周期有效，所以输入数据多路器可以被寄存，以保证性能，如图12-13所示。
图12-13 由多路器将多个输入变为一路输入
二、 output 操作 输出操作将寄存器sx 的内容送到out_port，port_id 由寄存器sy 确定或者由一个8位的立即数确定，指定输出口。write_strobe 表明out_port 数据有效，并且准备好被捕获。通常情况下，write_strobe 与port_id 组合成时钟使能或者写使能供fpga逻辑捕获输出数据。
图12-14 out_port与fpga逻辑
图12-14是一个扩展输出端口的实例，图12-15为其时序图，picoblaze 要将s0的内容送到port_id为65hex 的端口，s0 的内容出现在out_port，端口地址65hex 出现在port_id，write_strobe 在指令周期的第二个时钟边沿变高，表明数据有效。
图12-15 out_port 指令的port 时序
对于8个或者少于8个的输出口，常用one-hot编码方式，如图12-16所示，因为它仅需要对port_id的某一位进行译码，所以很大程度上减少了fpga译码逻辑所需资源，同时也提高了性能。如果用来译码的port_id位数为3或者小于3，则译码逻辑仅用一级逻辑即可实现，这时的性能最高。
图12-17所示为一个简单的输出程序，用one-hot编码定义4个输出口，同时定义了一个广播式的输出口，先向4个输出口输出4个不同的值，最后两条语句将所有4个口清零。
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