基于FPGA的嵌入式系统

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1、目录1NiosⅡCPU的体系结构31.1NiosⅡ处理器的结构31.2NiosⅡ处理器的基本组成31.3Debug模块31.4NiosⅡ开发环境简介32IP核42.1SDRAM控制器42.2FLASH53基于SOPC的温湿度监测系统设计53.1系统总体设计方案53.2SOPC硬件系统设计63.3SOPC软件系统设计93.3.1NiosⅡ软件系统设计93.3.2NiosⅡIDEC/C++Build属性配置133.3.3软件系统的设计流程154实验结果与分析15结论18摘要SOPC是可编程片上系统，即一种特殊的嵌入式系统。首先它是片上系统（SO

2、C），由单个芯片完成整个系统的主要逻辑功能；其次，它是可编程系统，具有灵活的设计方式，可裁减、可扩充、可升级，并具备软硬件在系统可编程的功能。SOPC是基于FPGA解决方案的SOC，与ASIC的SOC解决方案相比，SOPC系统及其开发技术具有更多的特色。构成SOPC的途径有基于FPGA嵌入IP硬核的系统、基于FPGA嵌入IP软核的系统和基于HardCopy技术的SOPC系统三种方式。本文介绍基于FPGA的嵌入IP软核的SOPC系统实现方法，设计了一种基于SOPC的温湿度监测系统。通过QuartusII软件里的SOPCbuilder把Nios

3、IIProcessor、Avalon总线、UART、SDRAM_controller、FlashMemory、Avalon三态桥等多个IP核集成生成系统所需的SOPC。传感器扩展板采用Mega8作为主控芯片，用于数据的采集、显示以及和PC的通信。同时配有由SPI总线控制的数码管，可以显示传感器的测量结果，以及与PC通信过程中的具体情况。对外采用波特率为115200的串口进行通信，用户可通过串口向该模块发出各种查询命令以查询传感器的状态。本次设计使用NiosIIIDE编写应用程序，发送相应指令，获取温度和湿度的值，同时显示在Console窗口

4、。关键词：SOPC技术；FPGA开发板；IP核；温湿度监测；NiosⅡ处理器；Mega8芯片No18AbstractSOPCisSystem-On-a-Programmable-Chip,thatisaspecialembeddedsystem:First,itisthesystemonchip(SOC),whichcompletesthemainlogicfunctionofthewholesystemonasinglechip;second,itisaprogrammablesystemwithaflexibledesignapproa

5、chwhichisreducible,scalable,andhasthesoftwareandhardwarein-systemprogrammablefunctions.SOPCisakindofspecialSOCwhichisbasedonFPGAsolutionsandtherearemorefeaturescomparedwiththeSOCandASICsolutions;threeapproachesareavailabletoconstituteaSOPC:basedonembeddedhardIP-coreFPGA,ba

6、sedonembeddedsoftIP-coreFPGAandbasedonHardcopytechnology.Eachofthemhasitsowncharacteristics.ThisarticledescribestheembeddedSOPCsystembasedonsoftIPcoreofAltera'sFPGA,whichisusedtodesignatemperatureandhumiditymonitoringsystem.UsingtheSOPCbuilderoftheQuartusIIsoftware,weinteg

7、rateNiosIIProcessor,Avalonbus,UART,Sdram_controller,FlashMemory,Avalontristatebridge,andotherIPcorestogeneratetheSOPCthatthesystemneeds.ThesensorexpansionboarduseMega8asthemainchipfordataacquisition,displayandPCcommunication.Atthesametime,theboardhasnixietubecontrolledbyth

8、eSPIbus,whichisusedtodisplaythesensormeasurementsandthespecificsituationofcommunicationwi