fpga.01_实验一基本知识.pptx

SOPC技术及Nios II处理器系统;实验安排;第一部分 SOPC的设计理念和研发环境;SOPC结合了SOC和可编程逻辑器件各自的优点，一般具备以下基本特点： ●至少包含一个嵌入式处理器内核。 ●具有小容量片内高速RAM资源。 ●丰富的IP核资源可供选择。 ●足够的片上可编程逻辑资源。 ●处理器调试接口和FPGA编程接口。 ●可能包含部分可编程模拟电路。 ●单芯片、低功耗、微封装。 ; 一个基本的SOPC系统;SOPC可以将MCU、DSP和FPGA完美结合，即 SOPC=MCU+DSP+FPGA 因此，MCU、DSP、FPGA的结合将是未来嵌入式系统发展的趋势。;开发工具智能化 Quartus II——用于完成Nios II 系统的综合、硬件优化、适 配、编程下载和硬件系统测试； SOPC Builder——用于实现Nios II 系统的配置、生成； Nios II IDE——用于软件开发、调试及运行； Matlab/DSP Builder——可生成Nios II 系统的硬件加速器 ModelSim——用于对SOPC生成的Nios II 系统的HDL描述进行系统功能仿真;定制基于avalon的用户外设;第二部分 Nios II软核处理器的嵌入式系 统设计与实现;一、嵌入式系统发展趋势;软核与硬核的比较 有报告指出: 预期2010年开始采用FPGA平台进行的设计开发中，3/4将是带软核处理器的。原因主要有四点: 1)软核可使用的处理器可最多达100个，而硬核在单个器件上的数量是固定的； 2)从Altera的角度说，所有Altera FPGA产品都支持软核处理器产品，从低成本到高性能产品，从低密度到高密度产品;而能支持硬核的成套产品是固定有限的; ; 3)随着系统日益先进，基于标准处理器的方案会被淘汰，而象NIOS II处理器的方案是基于HDL源码构建的，能够修改以满足新的系统需求避免了被淘汰的命运。将处理器实现为HDL的IP核，开发者能够完全定制CPU和外设，获得恰好满足需求的处理器;相比之下，硬核处理器不可能让客户自己定义指令。 4)软核处理器可以实现高性价比的结构对于Altera来说有多种。 ;Nios II软核处理器 简介;Nios II处理器内核的类型;使用Nios II处理器的优势;Avalon交换式总线;采用Avalon交换架构，每个总线主机均有自己的专用互联，总线主机只需抢占共享从机，而不是总线本身。Avalon交换架构的同时多主机体系结构提高了系统带宽，消除了带宽瓶颈。 ; Avalon总线的主要设计目标： 简单——提供一套容易学习、易于理解的协议。 优化总线逻辑资源的使用——减少对可编程逻辑器件（PLD）中逻辑单元（LE）的占用。 同步操作——能与片上用户的自定义逻辑更好地集成，从而避免了复杂的时序分析。; “Nios II处理器系统”的概念是指，在一个芯片上，它包含一个或多个可配置Nios II CPU软核、与CPU相连接的片内外设和存储器以及与片外存储器和外设相连的接口等。 所有组件在一个FPGA芯片上实现 所有Nios II处理器系统使用统一的指令集和编程模型。; Nios II处理器系统的典型构架;;Nios II外围设备;三、基于Nios II处理器的嵌入式系统设计方法;;SOPC硬件系统开发;使用SOPC Builder创建Nios II系统模块;集成Nios II系统到Quartus II工程;SOPC软件开发;SOPC软件开发流程