蜂鸟E203处理器具有开源、低功耗、可扩展等优势，不仅可以用于研究和教学，还可以直接应用于物联网、AI加速、嵌入式开发等领域。本文将对基于蜂鸟E203处理器的开发流程进行介绍，方便读者快速上手使用。
一、蜂鸟E203处理器硬件特点
蜂鸟E203是一款基于RISC-V指令集的32位嵌入式处理器，采用两级流水线设计（取指+执行），支持RV32IMAC指令集（整数、乘除、原子操作和压缩指令）。其SoC结构采用哈佛架构，指令总线（IBUS）与数据总线（DBUS）分离，通过私有外设总线（PPB）连接调试模块，并通过系统总线（AXI4-Lite或ICB）与内存和外设交互。核心设计注重面积优化，通过静态分支预测和单周期乘法器降低功耗，适用于FPGA和ASIC实现。存储子系统包含紧耦合指令存储器（ITCM）和数据存储器（DTCM），并通过内存映射寄存器（MMIO）管理外设，如GPIO、UART和SPI。中断控制器（CLINT）支持机器模式（M-mode）和用户模式（U-mode）异常处理，符合RISC-V特权架构标准。
蜂鸟E203采用多层总线结构提升并发性：核心通过ICB（Internal Chip Bus）总线访问ITCM/DTCM，而外设通过系统总线连接。ITCM和DTCM的地址空间通常映射到0x8000_0000和0x9000_0000，支持低延迟访问。总线仲裁器（Arbiter）优先处理核心的数据请求，避免访存冲突。内存管理通过PMP（Physical Memory Protection）实现区域权限控制，例如将Flash设为只执行（X）、RAM设为读写（RW）。对于DDR200T开发板，需在FPGA工程中配置Xilinx MIG（Memory Interface Generator）以扩展外部DDR3内存，但默认设计更依赖片上Block RAM（BRAM）模拟TCM。
蜂鸟E203支持通过NICE（Nuclei Instruction Co-Unit Extension）接口扩展自定义指令，典型应用包括加密算法（AES/SHA）或DSP运算。开发者需在RTL中实现协处理器，并通过NICE接口与核心流水线交互。处理器核在译码阶段识别到自定义指令时，会通过NICE接口的指令请求通道将自定义指令派遣到协处理器单元，协处理器执行完毕后通过反馈通道将执行结果写回。此外，NICE接口中还提供了独立的内存访问通道，使得协处理器具有直接访问系统内存的能力。
二、生成比特流并烧写到开发板
进行硬件设计后，通常需要先进行仿真验证，该步骤可参考我们的上一篇文章：1.1 基于Icarus Verilog、ModelSim和Vivado对蜂鸟E203处理器进行仿真。经过仿真验证后，需要进行综合、实现、生成比特流和烧写。综合阶段将RTL代码转换为门级网表，实现阶段完成布局布线并生成比特流文件。比特流文件可直接通过JTAG烧写到FPGA中运行，但断电后配置会丢失。为了确保DDR200T开发板在每次上电时自动加载配置，需要将比特流转换为MCS文件，并烧写到板载的SPI Flash中。MCS文件包含了FPGA配置数据的非易失性存储版本，开发板启动时会从Flash读取配置并初始化FPGA。这一过程避免了每次上电都需要重新通过JTAG烧写比特流的麻烦，尤其适用于独立运行的嵌入式系统。
DDR200T开发板是基于Xilinx Artix-7 FPGA的实验平台，主要用于验证RISC-V处理器（如蜂鸟E203）的硬件设计。该开发板提供丰富的外设接口（如GPIO、UART、SPI Flash），并支持通过JTAG或QSPI Flash启动。烧写MCS文件时，需在Vivado中生成MCS格式文件，并通过“Program Flash”功能将其写入SPI Flash的指定地址。开发板上电后，FPGA会自动从Flash加载配置，使蜂鸟E203处理器进入工作状态，从而运行存储在Flash中的软件代码。这一流程确保了硬件系统的稳定性和可重复性，适用于产品原型开发和长期测试。
下面我们具体演示这一过程，Vivado工程创建已在上一篇文章中进行了介绍：1.1 基于Icarus Verilog、ModelSim和Vivado对蜂鸟E203处理器进行仿真，这里不再重复。创建好工程后，我们点击Vivado左下角的Generate Bitstream生成比特流文件(.bit)。然后基于比特流文件生成MCS文件，首先点击菜单栏的Tools，再点击下拉框中的Generate Memory Configuration File，在弹出的对话框中进入如下设置，Filename处注意用绝对路径，可以自行命名MCS文件。比特流文件的路径参考下图，data文件是可选的，我们这里并不需要data文件。最后点击OK按钮即可生成MCS文件。
之后我们连接开发板，点击下面的按钮打开Hardware Manager，之后右键点击xc7a200t，选择Add Confuguration Memory Device。
此时弹出一个对话框，在Search搜索框中输入mt25ql128，点击列表中的唯一选择，再点击OK按钮。
此时弹出新的对话框，在Configuration file中选择我们刚刚生成的MCS文件，再点击OK，Hardware Manager开始烧写MCS文件到DDR200T的Flash中。
三、Nuclei Studio中软件代码的编译与调试
Nuclei Studio软件的下载安装与工程创建这里不再详细介绍，可以参考Nuclei Studio教程，我们先新建一个Hello World模板工程。Nuclei Studio默认的字体比较小，可以通过下图的设置增大字体。
之后我们添加一个串口终端，用于显示printf函数打印的信息。依次点击Window➜Show View➜Terminal，此时会弹出一个空白的终端，我们点击上面的Open a Terminal图标，并进行如下图所示的配置，最后点击确定，串口终端便创建完成。
然后将DDR200T开发板与电脑主机正确连接，尝试编译并运行整个程序。将Launch Mode选为Run，点击左上角的Build和Run按钮，可以看到串口终端正确打印出预期的信息。
点击红色的Stop按钮结束运行，将Launch Mode选为Debug。我们在程序中添加一个断点用于调试，如下图所示，断点添加方式为双击代码左侧的蓝色区域。
之后点击左上角的Debug按钮，此时调试器会自动停在__get_rv_cycle函数中，我们点击上面的Resume按钮，程序便会执行到我们设置的断点位置。
此时我们可以对变量、寄存器和内存等进行查看。例如，我们可以看到栈指针(sp)的值为0x9000ffd0。如果我们想查看sp指向地址的具体值，可以添加一个内存浏览器窗口，依次点击Window➜Show View➜Memory Browser，在弹出的窗口中输入地址0x9000ffd0，再点击右侧的Go，即可显示对应地址的数据。
四、总结
本文介绍了蜂鸟E203处理器的开发流程。蜂鸟E203是一款基于RISC-V的32位嵌入式处理器，采用两级流水线设计，支持RV32IMAC指令集，具有低功耗和可扩展特性。文章详细讲解了其硬件架构、存储系统和总线结构，并提供了完整开发流程，包括功能仿真、比特流生成、Flash烧写以及NucleiStudio中的软件调试方法。通过示例演示了如何通过串口终端和调试器进行程序验证，为开发者提供了实用的参考指南。