Xilinx可編程邏輯器件設計與開發（基礎篇）連載47：Spartan

12.2.6 PicoBlaze輸入/輸出端口

PicoBlaze微控制器支持最大256個輸入口和256 個輸出口，PicoBlaze與輸入和輸出有關的信號在“PicoBlaze微控制器接口信號”部分有詳細說明，包括PORT_ID[7:0]、IN_PORT[7:0]、OUT_PORT[7:0]、READ_STROBE WRITE_STROBE。在時序要求苛刻的設計中，對PORT_ID 和數據路徑允許兩個時鐘周期，對于READ_STROBE 和WRITE_STROBE 需要約束到一個時鐘周期。為了提高性能，在允許的情況下可以插入流水寄存器。

PORT_ID：此信號作為輸入或輸出端口的標識或者說是地址。它的有效高電平持續兩個時鐘周期，這樣做的目的是為了有足夠的時間進行譯碼，有足夠的時間與異步RAM 連接，還有，在雙周期操作時，允許從同步RAM（例如，BRAM）中讀數據。

INPUT 和OUTPUT 操作支持直接和間接尋址，端口地址由立即數指定或由寄存器指定。間接尋址方式適用于對BRAM、具有連續地址的外設、片內或片外存儲器中的表格的訪問。

擴展PicoBlaze 外設其實非常方便，唯一具有挑戰性的地方在于，如何用最少的邏輯資源實現對PORT_ID 譯碼。表12-2 所示為一般的方法（取決于端口數）。

一、 INPUT 操作

輸入操作將IN_PORT輸入口的數據傳送到由寄存器sX 指定的16 個數據寄存器中的任何一個，如圖12-11所示，PORT_ID 由sY確定或者由一個8位的立即數確定，指定輸入源。輸入源由一個多路器選擇，多路器的大小與輸入源的通道數成正比，它直接影響PicoBlaze 的性能。

圖12-11 輸入操作和FPGA內部接口

圖12-12中為輸入指令時序圖，圖中顯示PicoBlaze微控制器從由s7指定的端口讀數據，數據被讀入s0。當執行此指令時，寄存器s7 的內容出現在PORT_ID上，PORT_ID被FPGA內部邏輯譯碼，被請求的數據出現在IN_PORTREAD_STROBE 在輸入指令的第二個時鐘周期變高，盡管READ_STROBE 主要用于FIFO，以使FIFO 能夠更新它的讀指針。出現在IN_PORT的數據在第2 個上升沿被采樣，表明INPUT指令執行完畢，之后，數據被采樣進入s0。

圖12-12 INPUT 指令的PORT 時序

從圖12-12時序圖可以看出，由于PORT_ID保持兩個時鐘周期有效，所以輸入數據多路器可以被寄存，以保證性能，如圖12-13所示。

圖12-13 由多路器將多個輸入變為一路輸入

二、 OUTPUT 操作

輸出操作將寄存器sX 的內容送到OUT_PORT，PORT_ID 由寄存器sY 確定或者由一個8位的立即數確定，指定輸出口。WRITE_STROBE 表明OUT_PORT 數據有效，并且準備好被捕獲。通常情況下，WRITE_STROBE 與PORT_ID 組合成時鐘使能或者寫使能供FPGA邏輯捕獲輸出數據。