基于FPGA的Cortex-M3软核基本SOC设计实现基于FPGA的Cortex-M3软核基本SOC_cortex-m3 移植soc

基于FPGA的Cortex-M3软核基本SOC设计
实现基于FPGA的Cortex-M3软核基本SOC，系统外设包括GPIO和UART串口。
开发基于vivado2019.2和vitis，理论上可适用于任何版本的vivado，并且附带本人编写的详细开发文档，能够快速完成工程的移植。
在该工程基础上可进一步开发更多的功能。

基于FPGA的Cortex-M3软核基本SOC设计

随着嵌入式系统的发展，SOC(System on Chip)已经逐渐成为了嵌入式系统设计领域的热点话题，而SOC的实现则离不开对现有技术的运用和不断的创新。FPGA(Field Programmable Gate Array)是一种在硬件电路上可编程的器件，能够为设计师提供更加灵活的解决方案。在不同设计阶段，FPGA都能够提供不同程度的帮助。

本文将重点探讨基于FPGA的Cortex-M3软核基本SOC的设计实现，并且系统外设包括GPIO和UART串口。该方案在设计上基于vivado2019.2和vitis，理论上可适用于任何版本的vivado，并且附带本人编写的详细开发文档，能够快速完成工程的移植。在该工程基础上可进一步开发更多的功能。

一、Cortex-M3软核基本SOC的概述

Cortex-M3是基于ARM的32位RISC处理器，主要用于嵌入式系统的控制器设计。Cortex-M3具有高性能、低功耗等优点，因此在嵌入式系统领域应用广泛。为了进一步优化Cortex-M3的应用，可以将其实现在FPGA上，形成Cortex-M3软核。软核与硬核不同的是，软核是通过FPGA实现的，且可以根据需求进行定制。

基于FPGA的Cortex-M3软核基本SOC，可以将外设集成到SOC中，实现高度集成化的嵌入式系统。本文中，我们采用基于vivado2019.2和vitis的设计方案，实现了一个基本的SOC，系统外设包括GPIO和UART串口。该方案不仅可以提高系统集成度，并且可以快速移植到不同版本的vivado上。

二、基于FPGA的Cortex-M3软核基本SOC的设计实现

该方案的设计实现主要包括以下几步：

1. Cortex-M3软核的构建

在vivado中，选择“Create a new project”-->“RTL project”-->“Do not specify sources at this time”-->“Boards”-->选择对应板卡（例如：zedboard）-->“Create Project”。此时，vivado会自动产生一个设计界面，可以在其中添加需要的IP。

选择“IP Integrator”-->“Create Block Design”-->“Create a new block design”。在Block Design中选择“Add IP”，并且选择需要的IP（例如：Cortex-M3、AXI GPIO、AXI UART Lite等）。然后进行连接，将需要的IP连接起来（例如：连接AXI中断控制器和Cortex-M3）。

1. 系统外设的集成

在Block Design中选择“Add Module”-->“Create and Add a New AXI4-Lite Peripheral”，并且对其进行参数设置。在此例中，我们添加了GPIO和UART串口。

1. 驱动程序的编写

根据外设的需求，编写驱动程序。在此例中，我们使用Linux系统，并且在Linux系统中编写了GPIO和UART的驱动程序。

1. 系统的验证和测试

将FPGA开发板和电脑通过USB电缆连接，并且在vivado中使用vitis进行系统的验证和测试。在此过程中，可以使用SDK进行软件的开发，或者使用vitis的System Debugger进行硬件的调试。

三、结论

本文中我们介绍了基于FPGA的Cortex-M3软核基本SOC的设计实现，并且系统外设包括GPIO和UART串口。我们采用基于vivado2019.2和vitis的设计方案，实现了一个基本的SOC，该方案不仅可以提高系统集成度，并且可以快速移植到不同版本的vivado上，并且附带本人编写的详细开发文档，能够快速完成工程的移植。在该工程基础上可进一步开发更多的功能，是一种应用广泛的SOC设计方案。

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