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1、第30卷第1期东华理工学院学报Vol130No112007年3月JOURNALOFEASTCHINAINSTITUTEOFTECHNOLOGYMar.2007基于NiosII软核嵌入式系统的以太网接口设计王仁波,魏雄(东华理工学院电子与机械工程学院,江西抚州344000)摘要:从FPGA软硬件协同设计环境的角度介绍了ALTERANiosII系统设计流程,简要介绍了系统硬件配置方法和软件设计思路,并以太网接口设计为例阐述了基于NiosII软核系统在嵌入式系统的开发应用中所具有的方便、快速和灵活性的特点。关键词:NiosII;FPGA;μC/OSII;LwIP;以太网接口中图分类号:TP368文
2、献标识码:A文章编号:1000-2251(2007)01-073-05在高级嵌入式系统设计中,以FPGA为载体的SOC和SOPC设计方法扮演着越来越重要的角色。它具备极大的灵活性和IP重用特性以及最短的产品上市时间(TimetoMarket)。并以其低功耗,高性能,低成本,高可靠性等优点成为嵌入式系统的一个主要发展方向(冯寿廷,2005)。1NiosIISOPC系统简介NiosII是美国ALTERA公司最新推出的32位软核处理器系统,与第一代Nios系统相比,除速度性能大幅提升外(最高超过200DMIPS),在开发环境上增加了硬件抽象层(HardwareAbstractionLay2er),
3、使得软件开发人员可以不直接和硬件设备打交道,软件代码的可移植性增强,同时NiosII支持用户自定义指令(AlteraCorporation,2005)。ALTERA公司为NiosII配备了Quartus5和NiosIIIDE两个相互关联的集成开发环境。在此环境下,可以完成从硬件系统构建到应用软件设计,直至目标板下载测试的所有开发过程,与Mod2elSim软件配合还能进行硬件电路仿真,是一套十图1NiosII系统设计流程图分理想的软硬件协同设计环境(HW/SWCodesign;Fig.1DesignflowchartofNiosssystemAteraCorporation,2004)。典型N
4、iosII系统的设计流程如图1所示。备的配置,并且可自动为设备分配I/O地址和中断Quartus5包含了图形化的NiosII硬件系统设计软号,确定设备与内部Avalon总线的连接关系,最终件SOPCBuilder,通过它可以完成CPU、存储器、定生成以VHDL或Verilog语言描述的硬件设计文件时器、UART以及以太网控制器等绝大部分硬件设(AlteraCorporation,2005)。对于较为复杂的外设(如DDR、PCI控制器,FFT等),NiosII系统需要使收稿日期:2006209218用ALTERA的商用IP内核MegaCore或第三方的作者简介:王仁波(1969—),男,博士,
5、副教授。主要研究方向为智能仪器及嵌入式系统开发。IP内核,用户也可在集成环境下自行编写外设。74东华理工学院学报2007年2系统以太网接口需求分析对于一台智能化仪器设备,以太网接口的主要作用在于:(1)与上位控制主机进行远程数据交换,如发送测试数据或接受上位机控制指令等;(2)向用户提供可视化的WebServer服务,以便用户对设备进行配置或查看设备运行状态。因此,在NiosII系统中,以太网接口需要以下设备:NiosII/S标准型CPU、64kBonchipRAM、图2系统软硬件层次模型16MBFlash、1MBSRAM、以太网控制器、UART等。Fig.2Hierarchymodelof
6、system’s兼顾到仪器设备的其它功能,存储器容量可能需要softwareandhardware加大。NiosII/S标准型CPU内核可达到37DMIPS的运算速度,内含JTAG调试模块,可配置高速指令系统模块调入,并添加系统时钟分频器(PLL)等逻缓存(InstructionCache)、DSP模块和硬件除法器辑模块。选定FPGA器件,并为系统每根I/O线分等,能够满足一般仪器设备的数据处理要求。配管脚。启动Quartus自动硬件综合过程,排除编软件系统方面,由于以太网接口需完成TCP/译错误后便可生成用于FPGA编程的配置文件(.IP协议的大部分功能,软件结构较为复杂,加上仪sof/.
7、pof)。SOPCBuilder硬件系统配置界面如图3器设备本身的主体功能,因而必须选择操作系统、所示。协议栈代码再加应用程序(RTOS+TCP/IP+系统中以太网控制器选用SMSC公司的第三CustomCode)的实现方式。μC/OS2II是一个简单、代自适应10M/100M以太网控制器芯片实用、高效率的抢占式实时多任务操作系统,应用LAN91C111,其内部集成了SMSC/CD协议的MAC已十分广泛,非常
