基于NiosⅡ處理器的SOPC應(yīng)用平臺(tái)的研究與應(yīng)用.pdf

1、隨著微電子技術(shù)和半導(dǎo)體工業(yè)的不斷創(chuàng)新和發(fā)展，集成電路的集成度和生產(chǎn)工藝水平得到不斷提高，從而使在一個(gè)半導(dǎo)體芯片上完成系統(tǒng)級(jí)的集成已成為可能，數(shù)字技術(shù)已進(jìn)入片上系統(tǒng)(system on achip)時(shí)代。 SOPC(System On Programmable Chip)是Altera公司提供的片上可編程系統(tǒng)解決方案，它將CPU、存儲(chǔ)器、I/O接口、DSP模塊、低電壓差分技術(shù)(LVDS)、時(shí)鐘數(shù)據(jù)恢復(fù)技術(shù)(CDR)以及瑣相環(huán)(PL

2、L)等系統(tǒng)設(shè)計(jì)所必須的模塊集成到一片F(xiàn)PGA上，構(gòu)成一個(gè)可編程片上系統(tǒng)(SPOC)。Nios嵌入式處理器是FPGA生產(chǎn)廠商Altera公司推出的軟核(SoftCore)CPU，是一種面向用戶的可以靈活定制的通用RISC(精簡(jiǎn)指令集架構(gòu))的嵌入式CPU，NiosⅡ以軟核的方式提供給用戶，并專為在Altera的FPGA上實(shí)現(xiàn)優(yōu)化，用于SOPC集成并在FPGA上實(shí)現(xiàn)。用戶根據(jù)設(shè)計(jì)要求，利用QuartusⅡ和SOPC Builder對(duì)Nios

3、Ⅱ及其外圍系統(tǒng)進(jìn)行構(gòu)建，使嵌入式系統(tǒng)在硬件結(jié)構(gòu)、功能特點(diǎn)、資源占用等全方面滿足用戶系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求。 另外在基于NiosⅡ軟核嵌入式的SOPC系統(tǒng)設(shè)計(jì)中可以通過定制指令的方式為嵌入式處理器配置專有硬件加速器，以便能更有效地處理含有算法模型的程序，從而可以利用FPGA的可重配置的特性向FPGA配置相應(yīng)的嵌入式系統(tǒng)，從而使SOPC系統(tǒng)高效高速工作。 SOPC在應(yīng)用理論和知識(shí)構(gòu)成上達(dá)到了一種有機(jī)融合，由于同時(shí)涉及底層的硬件系統(tǒng)和相

4、應(yīng)的軟件設(shè)計(jì)，SOPC技術(shù)使開發(fā)者能夠在軟硬件系統(tǒng)的綜合與構(gòu)建兩個(gè)方面發(fā)揮自己的創(chuàng)造力和想象力，從而多角度、多因素和多結(jié)構(gòu)層面對(duì)自己的設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化。SOPC從設(shè)計(jì)層次上講分為硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)；從設(shè)計(jì)流程上講是典型的自頂向下的流程；從設(shè)計(jì)手段上講，它更廣泛和深入地利用計(jì)算機(jī)這一科研開發(fā)的主流技術(shù)，在這一平臺(tái)上設(shè)計(jì)者可以最大限度地優(yōu)化系統(tǒng)的性能。從未來(lái)的電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)趨勢(shì)上看，SOPC技術(shù)更具有發(fā)展性和前瞻性。 由于系統(tǒng)具有設(shè)計(jì)靈活

5、，可裁減、可擴(kuò)充、可升級(jí)并具備軟硬件在系統(tǒng)可編程的功能，所設(shè)計(jì)的電路在規(guī)模、可靠性、體積、功耗、上市周期、開發(fā)成本、產(chǎn)品維護(hù)及硬件升級(jí)等方面優(yōu)勢(shì)處于很高的狀態(tài)，因此受到廣大電子設(shè)計(jì)工程師的青睞。 本文通過探討基于Altera公司的FPGA的嵌入式處理器Nios Ⅱ內(nèi)核的工作原理及SOPC的軟硬件設(shè)計(jì)技術(shù)，并且結(jié)合職業(yè)院校學(xué)生的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了一個(gè)適合職業(yè)院校學(xué)生學(xué)習(xí)的SOPC平臺(tái)。該平臺(tái)最大的特點(diǎn)是使用者能通過簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)或直接調(diào)用方式