基于sopc的嵌入式系统设计

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1、主要内容基于SOPC的嵌入式系统设计¢SOC与SOPC技术¢NiosII处理器¢Avalon总线¢NiosII嵌入式处理器开发流程解放军理工大学通信工程学院¢实例演示徐光辉ghxu@seu.edu.cn1徐光辉编写2一、SOC与SOPC技术SOC定义¢SOC¢将大规模的数字逻辑和嵌入式处理器整合在单个芯片上，集合模拟部件，形成模数混合、软System-On-Chip硬件结合的完整的控制和处理片上系统。片上系统¢SOPCSystem-On-Programmable-Chip片上可编程系统徐光辉编写3徐光辉编写41SOC产生背景SOC技术面临的困难¢20世纪下半

2、页以来，微电子技术迅猛发展，集¢要实现SOC，首先必须重点研究器件的结构与成电路设计和工艺水平有了很大的提高，单片设计技术、VLSI设计技术、工艺兼容技术、信集成度已达上亿个晶体管，这从数量上已经大号处理技术、测试与封装技术等大超过了大多数电子系统的要求。¢这就需要规模较大的专业设计队伍，相对较长¢如何利用这一近乎无限的晶体管集成度，就成的开发周期和高昂的开发费用，并且涉及到大了电子工程师的一项重大挑战。在这种背景量集成电路后端设计和微电子技术的专门知下，片上系统应运而生。识。徐光辉编写5徐光辉编写6SOPC技术的提出SOPC是MCU、DSP和FPGA有机融

3、合¢近年来，MCU、DSP和FPGA在现代嵌入式系统中都¢SOPC（片上可编程系统）技术提供了另一种扮演着重要的角色，它们都具有各自的特点但又不能兼顾。有效的解决方案，即用FPGA来实现SOC的功¢在简单的控制和人机接口方面，MCU因为具有全面的能。软件支持而处于领先地位。¢在海量数据处理方面DSP优势明显。¢随着百万门级的FPGA芯片、功能复杂的IP核¢在高速复杂逻辑处理方面，FPGA凭借其超大规模的和可重构的嵌入式处理器软核的出现，SOPC单芯片容量和硬件电路的高速并行运算能力而显示出设计成为一种切实可行的、重要的设计方法。突出的优势。¢MCU、DSP、

4、FPGA的结合将是未来嵌入式系统发展的趋势。SOPC技术正是MCU、DSP和FPGA有机融合。徐光辉编写7徐光辉编写82SOPCBuilderSOPC用于DSP系统的电路结构FlashRAMACPUVADMA硬件乘法累加器LO硬件复数乘法器N总A/D采样控制高速A/D硬件浮点运算器线D/A输出控制高速D/A徐光辉编写9徐光辉编写10SOPC用于专用高速计算机系统的电路结构含硬件加速指令的CPU系统FlashA总V线控RAMASDRAM/SRAM制ROMCPUL器ODSPN数据采样控制相应的硬件总CPU硬乘法累加器加速模块器线件浮点点乘法器加复数乘法器专用算法

5、模块速等数据输出控制器徐光辉编写11徐光辉编写123SOPC用于网络通信系统电路结构SOPC用于LED大屏幕显示控制结构FlashFlashARAMAVVASRAM/SDRAMADMALLOCPUOCPUNN以太网网络通信总以太网网络通信通信接口接口器件接口器件总线通信接口线大屏幕显示显示驱动显示屏扫描控制输出徐光辉编写13徐光辉编写14二、NiosII处理器NiosII处理器的历史¢2000年Altera发布第一代Nios处理器。¢NiosII嵌入式处理器是Altera公司推出的软核¢2004年5月19日，Altera公司发布新一代的（SoftCore）C

6、PU，是一种面向用户的，可NiosII处理器。Nios®II处理器所具有的完全以灵活定制的通用RISC嵌入式CPU。可定制特性、高性能、较低的产品和实施成¢NiosII以软核的方式提供给用户，并专为在本、易用性、适应性和不会过时等优势使其在Altera的FPGA上实现作了优化，用于SOPC每次设计中，都能够实现完美的配合。集成，最后在FPGA上实现。徐光辉编写15徐光辉编写164RISC(精简指令集)CPUCISC(复杂指令集)CPU¢RISCCPU拥有一个有限的指令集合，并且能¢CISC机型有着丰富的指令集合，使计算机能够极快地执行每一条指令。够利用一两条

7、指令就能执行非常复杂的操作，¢RISC方案的另一个优势在于有限的指令数量原因在于它通过运行一条内部微代码而把汇编能够产生一个很小的核心(CORE)。指令分解成若干条内部微代码指令。这样做，设备的负担就不是很高，而且代码的分布密度¢但是由于缺乏复杂指令，因此需要在软件方面也恰到好处。进行大量的工作。使用精简指令所编写出来的代码会更长，所以执行任务所需的内存也就更¢虽然CISC机型下的内核代码要比相应的RISC大。因此，对于复杂的程序来说，由于要考虑机型大许多，但由于代码密度分布合理，而且到各种可能的情况，最终的程序代码可能非常考虑到内存的因素，最终所产生的代码

8、长度就大。没有RISC产生的那么大。徐光辉编写17徐