ARM嵌入式系统基础及应用第一版 教学课件 ppt 作者 黄俊 全书第9章.ppt

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1、第9章基于NiosII嵌入式SOPC设计9.1SOPC及其技术9.2NiosII软核处理器9.3SOPC的FPGA简介9.4SOPC开发流程及开发平台简介9.5NiosII应用程序及其外设HAL驱动开发9.6本章小结本章主要介绍以Altera公司的NiosII软核处理器为核心的SOPC设计。为了使读者迅速熟悉这一设计流程，本章首先介绍NiosII软核处理器以及支持NiosII软核处理器的FPGA系列，然后详细介绍SOPC的开发流程。随着微电子技术的迅速发展，使得原来由许多IC组成的电子系统集成在一个单一的硅片上成为可能，构成所谓的

2、片上系统(SOC，SystemOnChip)。SOC把系统的处理机制、模型算法、芯片结构、各层次电路及器件的设计紧密结合，在一片或数片单片上完成复杂的功能。SOC的出现对电子信息产业的影响不亚于集成电路的出现所产生的影响。当今电子系统设计已不再是利用各种通用IC进行PCB板级的设计和调试，而是转向以大规模fpga或asic为物理载体的系统芯片的设计。9.1SOPC及其技术前者称为SOPC(SystenmOnProgrammableChip，可编程片上系统)，后者称为SOC。SOC和SOPC的设计是以IP(IntellectualP

3、ropertycore)为基础，以硬件描述语言为主要设计手段，借助于以计算机为平台的EDA工具进行的。SOPC技术主要指面向单片系统级专用集成电路的计算机技术，与传统的专用集成电路设计技术相比，它的设计过程包括电路系统描述、硬件设计、仿真测试、综合调试和系统软件设计，直至整个系统设计完毕，都由计算机来完成，其设计技术直接面向用户，这样专用集成电路的被动使用者同时也可能是专用集成电路的设计者。SOPC技术使系统级专用集成电路的实现有了更多的途径，除了传统的ASIC器件外，还能通过大规模FPGA等可编程器件来实现。SOPC技术是美国A

4、ltera公司于2000年最早提出来的，是基于FPGA解决方案的SOC，与ASIC的SOC解决方案相比，SOPC系统及其开发具有更多的特色，构成SOPC的方案也有如下多种途径。1.基于FPGA嵌入IP硬核的SOPC系统基于FPGA嵌入硬核的SOPC系统把ARM的32位知识产权处理器核或其他的知识产权核以硬核的方式植入FPGA中，利用FPGA中的逻辑宏单元和IP软核来构成该嵌入式系统处理器的接口功能模块，这样既减少了整个系统的体积、功耗，而且增加了系统的可靠性。可编程器件厂商Altera和Xilinx公司都推出了这方面的器件，如Al

5、tera的Excalibur系列FPGA中植入了ARM922T嵌入式系统处理器，Xilinx的Virtex_IIPro系列植入了IBMPowerPC405处理器。这样就使FPGA灵活的硬件设计和硬件实现与处理器的强大软件功能有机地结合起来，高效地实现了SOPC系统。2.基于FPGA嵌入IP软核的SOPC系统目前最具有代表性的软核处理器是Altera的Nios、NiosII以及Xilinx的MicroBlaze。它克服了将IP硬核植入FPGA的解决方案存在的如下不够完美之处：IP硬核多来自第三方公司，FPGA厂商无法控制其知识产权费

6、用，从而导致FPGA器件的价格偏高；硬核是预先植入的，设计者无法根据实际需要改变处理器的结构，以适应更多的电路功能要求，无法根据实际需求在同一FPGA中使用多个处理器核，无法裁减处理器硬件资源以降低FPGA的成本，而且只能在特定的FPGA系列使用硬核嵌入式系统。3.基于HardCopy技术的SOPC系统基于HardCopy技术的SOPC系统利用原来的FPGA开发工具，将成功实现于FPGA器件上的SOPC系统通过特定的技术直接向ASIC转化，从而克服了传统ASIC设计开发周期长、产品上市慢、有最少投片量的要求、设计软件繁多且昂贵、开

7、发流程复杂等缺点。HardCopy技术是一种全新的SOC级ASIC设计解决方案，即将专用的硅片设计和FPGA至HardCopy自动迁移过程结合在一起的技术。HardCopy器件把大容量FPGA的灵活性和ASIC的市场优势结合起来，主要应用于较大批量要求并对成本敏感的电子设备。NiosII嵌入式处理器是FPGA生产厂商Altera推出的软核处理器，是面向用户、可以灵活定制的通用精简指令集架构的嵌入式处理器。NiosII以软核的形式提供给用户，并在Altera的FPGA上进行了优化，用于SOPC集成，最后在FPGA上实现。9.2Nio

8、sII软核处理器9.2.1NiosII软核处理器简介继第一代可配置嵌入式软核处理器Nios之后，Altera公司又推出了性能更好的NiosII嵌入式软核处理器。它与Nios相比，最大处理性能提高了3倍，而CPU内核部分的面积最大可缩小1/2。Nio