基于NiosⅡ處理器的SOPC應用平臺的研究與應用.pdf

1、隨著微電子技術和半導體工業(yè)的不斷創(chuàng)新和發(fā)展，集成電路的集成度和生產工藝水平得到不斷提高，從而使在一個半導體芯片上完成系統(tǒng)級的集成已成為可能，數(shù)字技術已進入片上系統(tǒng)(system on achip)時代。 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、存儲器、I/O接口、DSP模塊、低電壓差分技術(LVDS)、時鐘數(shù)據(jù)恢復技術(CDR)以及瑣相環(huán)(PL

2、L)等系統(tǒng)設計所必須的模塊集成到一片F(xiàn)PGA上，構成一個可編程片上系統(tǒng)(SPOC)。Nios嵌入式處理器是FPGA生產廠商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(精簡指令集架構)的嵌入式CPU，NiosⅡ以軟核的方式提供給用戶，并專為在Altera的FPGA上實現(xiàn)優(yōu)化，用于SOPC集成并在FPGA上實現(xiàn)。用戶根據(jù)設計要求，利用QuartusⅡ和SOPC Builder對Nios

3、Ⅱ及其外圍系統(tǒng)進行構建，使嵌入式系統(tǒng)在硬件結構、功能特點、資源占用等全方面滿足用戶系統(tǒng)設計要求。 另外在基于NiosⅡ軟核嵌入式的SOPC系統(tǒng)設計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配置相應的嵌入式系統(tǒng)，從而使SOPC系統(tǒng)高效高速工作。 SOPC在應用理論和知識構成上達到了一種有機融合，由于同時涉及底層的硬件系統(tǒng)和相

4、應的軟件設計，SOPC技術使開發(fā)者能夠在軟硬件系統(tǒng)的綜合與構建兩個方面發(fā)揮自己的創(chuàng)造力和想象力，從而多角度、多因素和多結構層面對自己的設計進行優(yōu)化。SOPC從設計層次上講分為硬件設計和軟件設計；從設計流程上講是典型的自頂向下的流程；從設計手段上講，它更廣泛和深入地利用計算機這一科研開發(fā)的主流技術，在這一平臺上設計者可以最大限度地優(yōu)化系統(tǒng)的性能。從未來的電子系統(tǒng)設計趨勢上看，SOPC技術更具有發(fā)展性和前瞻性。 由于系統(tǒng)具有設計靈活

5、，可裁減、可擴充、可升級并具備軟硬件在系統(tǒng)可編程的功能，所設計的電路在規(guī)模、可靠性、體積、功耗、上市周期、開發(fā)成本、產品維護及硬件升級等方面優(yōu)勢處于很高的狀態(tài)，因此受到廣大電子設計工程師的青睞。 本文通過探討基于Altera公司的FPGA的嵌入式處理器Nios Ⅱ內核的工作原理及SOPC的軟硬件設計技術，并且結合職業(yè)院校學生的特點，設計了一個適合職業(yè)院校學生學習的SOPC平臺。該平臺最大的特點是使用者能通過簡單設計或直接調用方式