基于Nios_的嵌入式网络通信系统设计
基于NiosⅡ的嵌入式智能网络家居系统的设计
执
行 — — —
被
控 器
供的网页进行远程浏览 ， 对网页上显示 的家 电状态 进行 查 询并按 照用 户 的新 的要 求进 行
重 新设 置 ． 收 到远 程客户 的设 置请 求 后 ， 在 服 务 器端 通过 一个 Ｃ ＩＣ ｍｍ ｎＧ ｔ ａ ｎｅ一 Ｇ （ ｏ ｏ ａｅ ｙＩｔｒ ｗ
网络七层协议栈 中的传输层 和 Ｍ Ｃ层 Ａ 的功能 ， 它还 具有 １／ ０ 自适应 、 ０ １０ Ｍ 双 ］／ ［ 半工 自适应 等功 能． 存储 器部 分有
个 ８ＭＢ Ｓ Ｒ Ｍ、 个 ４ ＭＢ Ｆａｈ Ｄ Ａ 一 ｌ ｓ Ｒ Ｍ和有一个 ５２ ＢＳ Ａ Ｏ １ Ｒ Ｍ用来提供 Ｋ
用户可以通过客户端浏览器访问嵌入式 Ｂ Ａ服务器对远程家居中的电器进行状态查询和控制． Ｏ 由于采用了
先进的 Ｓ Ｐ 技术 ， ＯＣ 本系统具有设计效率高和灵活性好等优 ． Ｊ
１ 系统功能
系统功能如图 １ 所示． 整个 系统由都接入 了 Ｉ ｅ ｔ ｎ ｍｅ 网络 的客户端访问设备 和一个功能强大的嵌入式 ｔ Ｗｅ 服务以及一个执行机构构成． ｂ 嵌入式 Ｗｅ ｂ服务器通过执行机构和被控家 电连接． 服务器通过查询方式 获得被控电器的当前状况 ， 并将该信息显示在服务器的主页上． 远程用户使用带有浏览器软件的设备 （ 个人
２ 系统 的硬 件设计
嵌入式智能家居控制器的硬件 由 Ｆ Ｇ 存储器和外围模块等三个部分构 成， Ｐ Ａ、 结构如图 ２ 所示．
收稿 日期 ：０ ６—１ —２ ． ２０ １ Ｏ 基金项 目： 湖北省教育厅重点资助项 目（ ｏ ３ ｏ ８ ． ２ｏＡ ｏ ） 作者简介 ： 袁海林 （９ ２一 ） 男 ， １６ ， 硕士 ， 副教授 ， 主要从事嵌入式技术和 Ｅ Ａ技术的应用和研究 Ｄ
NOIS II嵌入式处理器
NIOS嵌入式处理器Nios嵌入式处理器于2001年首次推出，创新的Nios® 嵌入式处理器成为业界第一款专门针对FPGA的商用处理器。
自此以后，众多的FPGA用户采用了Altera 提供的Nios和Nios II处理器。
Altera建议新设计采用Nios II处理器。
在二○世纪九十年度末，可编程逻辑器件（PLD）的复杂度已经能够在单个可编程器件内实现整个系统。
完整的单芯片系统（SOC）概念是指在一个芯片中实现用户定义的系统，它通常暗指包括片内存储器和外设的微处理器。
最初宣称真正的SOC――或可编程单芯片系统（SOPC）――能够提供基于PLD的处理器。
在2000年，Altera发布了Nios处理器，这是Altera Excalibur嵌入处理器计划中第一个产品，它成为业界第一款为可编程逻辑优化的可配置处理器。
本文阐述开发Nios处理器设计环境的过程和涉及的决策，以及它如何演化为一种SOPC工具。
Altera很清楚地意识到，如果我们把可编程逻辑的固有的优势集成到嵌入处理器的开发流程中，我们就会拥有非常成功的产品。
基于PLD的处理器恰恰具有应用所需的特性。
一旦定义了处理器之后，设计者就“具备”了体系结构，可放心使用。
因为PLD和嵌入处理器随即就生效了，可以马上开始设计软件原型。
CPU周边的专用硬件逻辑可以慢慢地集成进去，在每个阶段软件都能够进行测试，解决遇到的问题。
另外，软件组可以对结构方面提出一些建议，改善代码效率和/或处理器性能，这些软件/硬件权衡可以在硬件设计过程中间完成。
Nios II系列软核处理器是Altera的第二代FPGA嵌入式处理器，其性能超过200DMIPS，在Altera FPGA中实现仅需35美分。
Altera的Stratix 、Stratix GX、 Stratix II和 Cyclone系列FPGA全面支持Nios II处理器，以后推出的FPGA器件也将支持Nios II。
基于NIOSⅡ的嵌入式网络接口设计
【 关键词 １ ＮＩ Ｉ 网络接 口，Ｆ Ｇ ＯＳＩ， Ｐ Ａ，Ｓ Ｃ ＯＰ
中 图分 类 号 ：ＴＰ ９ ３３ 文 献 标 识 码 ：Ａ
ＡＢＳ ＴＲＡＣＴ Ｔｈ ｓ ｐ ｐ ｒｅ ｐ ｕ ｄ ｈ ｅ ｗｏ ｋ ｉ ｔ ｒ ａ ｅ ｄ ｓｇ ｆ ＯＳ Ｉ ｓ ｆ ｃ ｒ ｒ ｃ ｓ ｏ ｎ ｈ ｒ ｅ ｉ ａ ｅ ｘ ｏ ｎ ｓｔ ｅ ｎ ｔ ｒ ｅ ｆ ｃ ｅ ｉ ｎ ｏ ｎ ＮＩ Ｉ ｏ ｔ ｏ ｅ ｐ ｏ ｅ ｓ ｒａ ｄ Ｅｔ ｅ ｎ ｔＲＴＩ Ｏ ｇ ８ ｌ ＡＳ，ａ ｄ ｇ ｖ ｓ ｎ ｉｅ ａ ｓｍＤ ｅ ｉ ｔｏ ｕ ｔ ｎ ｔ ＰＧＡ ～ ｂ ｓ ｄ Ｓ ｉ １ ｎ ｒ ｄ ｃ ｉ ０ Ｆ ｏ ａ ｅ ＯＰ ；ｔ ｃ ｎ ｌ ｇ ，ａ ｄ ｄ ｓｇ ｓ ａ ｄ ｉ ｌｍ ｅ ｔ ｈ ｅ ｗｏ ｋ ｉ ｔ ｒ ａ ｅ ｆ ｓ ｆｗａ ｅ ａ ｄ （ ｅ ｈ ｏｏ ｙ ｎ ｅ ｉ ｎ ｎ ｍｐ ｅ ｎ ｓ ｔ ｅ ｎ ｔ ｒ ｎ ｅ ｆ ｃ ｓ ｏ ｏ ｔ ｒ ｎ ｈ ｒ ｗａ ｅ ａ ｄ Ｔ ，ｗｈ ｃ ｎ ａ ｃ ｓ ｔ ｅ ｆ ａ ｉ ｉ ｔ ｆ ｔ ｅ ｓ ｓ ｅ ａ ｄ ｉ ａ ａ ｔ ｄ ｔ ｈ ｅ ｕ ｒ ｍｅ ｔｏ ｅ ｅ ｓ ｎ ｔ ｒ ｎ ｄ ｆｅ ｅ ｔ ａ ｅ ｓ ｉｈ ｅ ｈ ｎ ｅ ｈ ｅ ｓｂ ｌ ｙ ｏ ｈ ｙ ｔ ｍ ｎ ｓ ｄ ｐ ｅ Ｏ ｔ ｅ ｒ ｑ ｉｅ ｎ ｆ Ｒ ｃ ｓ ｅ ｗｏ ｋ ｉ ｉ ｒ ｎ ｒ ａ ｉ ｆ
维普资讯
第 ２ ｏ卷
第 ２期
电 脑 开 发 与 应 用
文 章 编 号 ：０ ３５ ５ （０ ７０ —０ ７０ １０ —８ ０ ２ ０ ） ２０ ２— ２
基于LabVIEW和NiosⅡ的USB通信系统设计
Ｅ ｕ ｐ ｎ Ｍａ ｕ ａ ｔ ｎ ｅ ｈ ｏｏ ｙ ＮＯ． ２ ０ ｑ ｉ ｍｅ ｔ ｎ ｆ ｃｒ ｇ Ｔ ｃ ｎ ｌ ｇ ｉ ７， ０ ７
基 于 Ｌ ｂ Ｅ 和 Ｎｉｓ Ｉ ａ ＶＩ Ｗ ｏ Ｉ 的 ＵＳＢ 通 信 系 统 设 计
【
ｆＯ ＿ Ｌ＋ （） ’ 皂 Ｒ Ｍ
块
一
程０ １ 一
・ Ｅ｝ ｄ接 口 十一 — ｔ ｌ 锄
发展 到 目前 以最新版本 Ｌｂ Ｉ Ｗ ． ａＶ Ｅ ８２ ０为核心 ，包括控 制与仿 真、 高级 数字信号处理 、 统计 过程控制和模糊控 制等众多 附件 软件包 ， 运行于各种平台的工业 标准软件 开发环境 。从简单 的
传输都是 在一个 Ｍａｔ 和一个 Ｓａｅ 之间进行 的， ａｔ 产生 ｓｒ ｅ ｌｖｒ Ｍｓｒ ｅ
地址 和控制信号 。
—］
．
ＩＡ ｒ Ｇ模块 ｌ
Ｈｄ¨ ｜ａ
Ｎｏ ｎ棱 ｉ ６ｉＢFra bibliotekｎ 卜 ・一 １ Ｕ Ｔ ＡＲ ・ ． 一 定时器
ｉ ’
２ 基 于 Ｌ ｂ ＩＷ 的 虚拟 仪器 ａ ＶＥ
新型接 口技术 ， 它基于单 一的总线接 口技术来满足多种应 用领
域 的需求 ； 它的即插即用、 支持热插拔 、 易于扩展等特性极 大地
产生 。Ｓ Ｐ ｕ ｄｒ Ｏ ＣＢ ｉｅ 产生外设的硬件代码 的同时 ， ｌ 还产生外设
的内存 映射 和驱动程序 ，换句话说 ， ｉ ｌ外设 的驱动程序是 Ｎｏ Ｉ ｓ 经过验证 的 ， 软件人 员看到 的只是 一系列 函数 ， 这就大大简化 了软件开发。常见 的 Ｎｏｌ外设包括 内部 Ｒ Ｍ（Ｏ ）Ｓ Ｒ ｉ Ｉ ｓ Ａ Ｒ Ｍ ，Ｄ ＡＭ 控制器 ， 时器 ， 定 可编程 １ Ｕ Ｒ ，Ｐ 等。 ０， Ａ Ｔ Ｓ Ｉ Ａ ａ ｎ总线是 Ｎｏｌ系统 的内部总线 ， ｖｌｎ决定 Ｎｏｌ ｖｌ ｏ ｉ Ｉ ｓ Ａａ ｏ ｉ Ｉ ｓ
基于NIOSⅡ的嵌入式Web网络构建
图 １中虚线框 内是 本设计 中嵌 入式 Ｗｅ ｂ服 务器 的系统 结构 图 。整个 系统为采 用 Ｂ Ｓ模式 的 Ｗ ／ ｂ
＊ 收 稿 日期 ：２ ０ — １ —０ ０９ ２ ２
基 金 项 目 ：安徽 省 高 校 省 级 自然 科学 研 究 项 目 （ Ｊ ０ ９ ０ ４ 资 助 。 Ｋ ２０Ｂ ５） 作 者 简 介 ： 江晋 剑 ， ， 徽枞 阳人 ， 庆 师 范 学 院 计 算 机 与 信息 学 院讲 师 ， 究 方 向 为嵌 入 式 系 统 应 用 与 模 式识 别 。 男 安 安 研
建而成 ， 有 自己的 ｗｅ 具 ｂ地址 ， 能上 和传 统 的 功
Ｗｅ ｅｖｒ 样 ， 过 网 络 就 可 以 把 设 备 接 入 ｂｓｒ ｅ 一 通 Ｉ ｔｒ ｅ 中。任何 一 个 客 户机 ， 可 以通 过 ＨＴ ｎ ｅｎ ｔ 都 — Ｔ Ｐ协 议 Ｅ ｗＳ Ｅ ｅ Ｗｅ ｅ ｖｒ ， （ ｍｂ ｄ ｂＳ ｒ ｅｓ 嵌人 式 Ｗｅ ｂ
２ 基 于 ＮＩ Ⅱ的 嵌 入 式 Ｗ ｅ ＯＳ ｂ服 务 器 设 计
基 于 ＮＩ Ⅱ的设 计 思路 增 加 了系统 设 ＯＳ 计 的灵 活性 ， 快 了系统运 行速度 ， 加 缩短 了产
品研发 和上市 时 间。其主要 功能 是对数 据采
集 控制 系统进 行 配 置 和控 制 ， 收数 据 采 集 接
‘４ ‘ ４
安庆师范学院学报（ 自然 科 学 版 ）
２１ ０ ０年
服务器 ， 连接 到 Ｉｔｒ ｅ 的计算 机通 过浏 览器访 问嵌 入 式 Ｗｅ ｎ ｅｎ ｔ ｂ服务 器 ， 实现 对数 据 采集 控 制 系统 的监 控 。主要要解 决 ４ 方 面的 问题 ： Ｃ ／ Ｐ协议 栈 的 实现 、 入 式 Ｗｅ 个 Ｔ ＰＩ 嵌 ｂ服务 器 的 实 现 、 据 处理 、 数 硬件 驱动初 始化 。
基于NiosⅡ的uClinux研究与应用
１ 数 字 微 波 传 输 系 统
数 字 微 波传 输 系统 …， 于微 波 传 输 大 容 量 信 利
息， 整套设 备 有Ｏ Ｕ（ ｕｄ ｏ ｎｔ室外单 元 ） Ｄ Ｄ Ｏ ｔｏ ｒ ｉ Ｕ ， 和Ｉ Ｕ
信 息 进 行 大 量 的 实 时 处 理 与 传 输 ．另 一方 面 还 需
特殊 需 求 ， 是 一 般Ｃ Ｕ和ＭＣ 所 不 具 备 的 。本 文 这 Ｐ Ｕ
◆
图 ｌ 监 控 模 块 功 能 框 图
将 重 点 讨 论 如 何 将 基 于 Ｎ ｏｌ的ｕ ｌ ｕ 嵌 入 式 系 ｉｓ Ｉ Ｃｉ ｘ ｎ 统应 用 于数 字 微 波 传 输 系统 中 ，实 现 设 备 监 控 与 网络 管 理 。
（ ）成 为用 户管 理 终 端 和Ｉ Ｕ、 Ｄ 之 间 的 “ ３ Ｄ Ｏ Ｕ 桥
第 一 作 者 简介 ： 巍 泉 （９ ｌ ） 男 ， 江 宁 波 人 ， 士 ， 究 方 向 ： 蒋 １８ 一 ， 浙 硕 研
嵌 入 式系 统 ， 于Ｆ ＧＡ Ｄ 基 Ｐ 的Ｅ Ａ设计 与 开 发 。Ｅ ｍ ｉｊ ｑ １＠８ ａ ０ － ａｌ ｗ ８ ５ ｉ ． ｍ ： ｎｃ
路 给 用户 使 用 。 由于其 安 装使 用 简单 快 速 ， 输 容 传
量 大 （ ／） 距 离 远 （ 型 为５ ｍ） 大 量应 用 在 基 Ｍｂｓ ， 典 ０ｋ ，
微 波 传 输 系统 中Ｉ ＤＵ（ 内单 元 ） 例 ， 室 为 它需 要 实 现 数 字 分 复 接 、 速 调 整 、 解 码 、 备 自身 监 控 和 码 编 设 网络 管 理 。所 以 ，通 常 在 采 用Ｆ Ｇ Ｐ Ａ进 行数 字 信 号
基于嵌入式处理器NiosII的片上可编程系统设计
有被病毒感染。
图 ２银 行 网 络 系统 安 全 解 决 方 案
整 个 网 络纵 向 由总 行 覆 盖 到 省 、 （ ） 行 ， 向也 有 很 多 市 县 分 横
机 构 和 其 它 银 行 ，在 此 方 案 中 ．每 一 级 网 络 系 统 中 运 用 ４ 台 Ｕ２ Ｉｄ设 备 ． 过 这 ４台设 备 既 可 以 防 范 网 络 攻 击 、 制 非 法 访 通 控 问 ． 可 以 阻挡 病 毒 入 侵 、 受 垃 圾 邮 件 干 扰 ， 时 总 行 与 支 行 也 免 同 之 间 、 行 和 管 理 机 构 （ 作 伙 伴 ）移 动 用 户 与 办公 网 络 之 间 可 银 合 、 以进 行 Ｖ Ｎ加 密 传 输 ． 整个 系 统 提 供 了 完 整 的 混 合威 胁 防 护 Ｐ 为 解 决 方 案 ． 银 行 真正 做 到 轻 松 防范 各 种 威 胁 ， 效 保 证 银 行 网 让 有 络 系 统 高 效可 靠 的运 行 。 务 系 统 稳 定 安 全 的运 转 。 体 特 点 如 业 具
实例 ， 出 了基 于 Ｍ ０Ⅱ嵌 入 式 处 理 器 的 Ｓ Ｐ 给 ｓ Ｏ Ｃ软 、 件 设 计 方 法 。 硬
【 关键词 】 Ｎｏｌ；片上可编程 系统 ； ： ｉ Ｉ ｓ 嵌入式处理 器
Ｂ ｉ ｅ 生成 的 Ｎｏｌ的 Ｈ Ｌ描 述 语 言 程 序 进 行 系 统 功 能仿 真 ： ｕ ｄｒ ｌ ｉ Ｉ ｓ Ｄ
ａ Ｂ
３１硬 件 设 计 ． 本 系统 的 ＮｏⅡ硬 件 配 置 如 图 ３所 示 。整 个 硬 件 系统 设 计 ｉ ｓ 如 图 ４所示 。其 中 ａｐＯ是 一 个锁 相 环 模 块 。 用 是 将 外 部时 钟 ｌｌ ｔ 作 倍 频 后 输 送 给 Ｃ Ｕ。 Ｐ
基于NiosⅡ的嵌入式网络通信系统设计
过 网络与 远程设 备 进行信 息 的交互 以增强 系统 的
互连性 ，而这仅 仅需 要一 根 网线 就可 以轻 松完 成
系统 的互连 。
目前市 场上嵌 入 式处理 器 的种 类 很多 。而 通 过Ａ ｅａ 司 推 出 的第 二 代 片 上 可 编 程嵌 入 式 软 ｈ ｒ公 核处 理 器Ｎ ｏ ，再 配上 其 低成 本 、高性 价 比 的 ｉ Ｉ ｓＩ
第ｌ卷 ０
第２ 期
电子元 器 件 壶 用
Ｅ ｅ ｔｏ ｉ ｏ ｏ ｅ ｔ Ｄ ｖ ｃ ｐ ｉａ ｉｎ ｌｃｒ ｎ ｃＣ ｍｐ ｎ ｎ ＆ ｅ ｉ ｅＡｐ ｌｃ ｔ ｓ ｏ
Ｖｏ．０ Ｎｏ２ １ ． １ Ｆｂ ０８ ｅ ．２ ｏ
２０年２ ０ ８ 月
计算校 验和 的用户指 令 ｆａ ｃｅ ｋｕ ） ｃｌ ｈ ｃ ｓｍ 。 图 ｌ ，片上 Ｒ Ｍ用 作 内存 运行 程序 ；Ｆａｈ 中 Ａ ｌｓ 则使 用 Ｓ Ｒ 公 司 的 Ｌ ８ １ ０ ３ — １Ａ，主 要 ＨＡ Ｐ Ｈ２ Ｆ ６ Ｓ Ｔ Ｌ ３
的可 编程 特点 ，与专 用硬 件相 比 ，该方 案 的灵 活
性具有很 大 的优势 。
２ 系统 设计
基 于Ｎｏ 和Ｆ Ｇ ｉ Ｉ ｓ Ｉ Ｐ Ａ的 系统 模块 框 图如 图 １ 所
１ Ｎ ｏ 简 介 ｉｓ Ｉ Ｉ
Ｎ ｏ 嵌入 式软 核处 理器 是Ａ ｅａ 司推 出的 ｉ Ｉ ｓＩ ｈ ｒ公 第二代 片上 可编 程 的软核 处理 器 ，该 处理 器是 可 配置 的 ，用 户可 以根 据 自己的实 际需要 进 行处 理
Ｉｓ 一 种 性 能 和成 本 折 中的 内核 。本 设 计 采 用 Ｉ是 ／
的就 是这 种Ｎ ｏ Ｉ ｓ ｉ ／内核 。 ｓＩ
niosii课程设计
niosii课程设计一、教学目标本课程旨在通过NIOS II软核处理器的教学，让学生掌握嵌入式系统的基本概念、软硬件协同设计的方法，以及基于NIOS II处理器的设计和实现。
具体目标如下：1.理解嵌入式系统的基本概念、特点和应用。
2.掌握NIOS II处理器的基本结构、工作原理和指令系统。
3.熟悉软硬件协同设计的基本方法，包括硬件描述语言（HDL）和软件编程。
4.能够使用NIOS II处理器进行简单的嵌入式系统设计和实现。
5.能够独立完成NIOS II处理器的硬件设计和软件编程。
6.能够对NIOS II处理器的设计进行优化和调试。
情感态度价值观目标：1.培养学生的创新意识和团队协作精神。
2.增强学生对嵌入式系统领域的兴趣和热情。
3.培养学生对我国嵌入式产业发展的关注和支持。
二、教学内容本课程的教学内容主要包括以下几个部分：1.嵌入式系统概述：嵌入式系统的定义、特点、应用和发展趋势。
2.NIOS II处理器：基本结构、工作原理、指令系统、寄存器文件和数据通路。
3.软硬件协同设计：硬件描述语言（HDL）的基本概念和应用，软件编程基础。
4.NIOS II处理器设计：硬件设计和软件编程，设计优化和调试方法。
5.案例分析：分析实际应用中的嵌入式系统设计，了解行业动态和发展趋势。
三、教学方法本课程采用多种教学方法，以激发学生的学习兴趣和主动性：1.讲授法：讲解基本概念、原理和方法，确保学生掌握基础知识。
2.案例分析法：分析实际应用案例，让学生了解嵌入式系统的实际应用和发展趋势。
3.讨论法：学生进行小组讨论，培养学生的团队协作能力和创新意识。
4.实验法：动手实践，让学生亲自设计并实现NIOS II处理器 based的嵌入式系统。
四、教学资源为了支持本课程的教学，我们将准备以下教学资源：1.教材：《NIOS II嵌入式系统设计与实践》。
2.参考书：提供相关领域的经典教材和论文，以便学生深入研究。
3.多媒体资料：制作课件、视频等教学资料，以便学生更好地理解和掌握知识。
NiosⅡ嵌入式系统的开发应用
功能模块， 自己编写的功能模块可以通过 Ｓ Ｐ ｕｌ ｒ Ｏ ＣＢ ｉｅ 中的模块编辑器生成符合 Ａ ａ ｎ ｄ ｖｌ ｏ
１ ２
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科技论 文
总线规格的 Ｉ ，便于 Ｓ Ｐ ｕ ｄｒ Ｐ核 Ｏ Ｃ Ｂ ｉｅ 调用构建系统以便 Ｎｉ Ｉ处理器访问；Ｎ ｏ Ｉ处 ｌ ｏＩ ｓ ｉ ｓＩ 理器和片外的外设通过片上的接 口控制器连接 ，由具有 Ａ ａ ｎ规范的片上控制器提供 ｖｌ ｏ
Ｎ到 ＴＧ 软 件 调试 器
图 １ Ｎｉｓ Ｉ ０ 处理 器 系统块 图 … Ｉ
Ｎｉ 处理器 系统 具有如 下一 些特点 ： ｏＩ ｓＩ （）可 以提 高系统 性能 １
具有一系列的不同速率和 占用不同逻辑资源的处理器核可供选择 ，其中包括了超过
２０Ｄ ０ ＭＰＳ性能 的核 ；
１引言
随着大规模集成电路技术的进步、制造工艺水平的提高及单个芯片上逻辑门数的增 加 ，嵌入式 系统变 得 日趋 复杂 ，而 把处理器 和其他外设集 成到一 个片子 上 ，形成可 重配
置的嵌入式系统 的技术正是 当前嵌入式系统设计的一个研究热点。Ａｔ 公司的第二代 ｌ￣ ｅ Ｉ Ｐ处理器 Ｎｉ Ｉ 一个可 植入 Ｆ ＧＡ 的可重 配置软处理 器核 ，使 用 ＮｉｓＩ进行嵌 入式 ｏ Ｉ是 ｓ Ｐ ｏ Ｉ
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电信技术研究
２０ 年第 ｌ 期 ０７ ０
Ｎ ｏ 嵌入式系统的开发应用 ｉｓ Ｉ Ｉ
杨波 张炬 谢 瑞 雯
摘要：介绍基于 Ｎ ｏ Ｉ 的嵌入式系统及其开发流程 ，以及在信令处理中的应用 ｉ ｓＩ 关键词：Ｆ Ｇ Ｎｏ Ｓ Ｐ Ｐ Ａ ｉ Ｉ Ｏ Ｃ嵌入式系统 Ｑ Ａ Ｔ Ｓ Ｉ ２ ｓＩ Ｕ Ｒ Ｕ Ｃ Ｈ Ｉ
基于NiosⅡ的嵌入式网络视频监控系统设计
【 摘 要】 为 了解决传 统嵌入 式网络视 频监 控系统处理和传 输大量 图像 数据 时速度 较慢 、 结构复杂和成 本过高 的问题 ， 计 了一 设
种 低 成 本 嵌 入 武 网 络视 频 监 控 系 统 ， 用 Ｆ Ｇ 的 Ｎ ｏ Ｉ Ｃ Ｕ 架 构 ， 采 Ｐ Ａ ｉｓ Ｉ 双 Ｐ 自定 义 硬 件 模 块 实 现 Ｈ ２ ４视 频 数 据 压 缩 编 码 ， ． ６ 能很 好地
【 ｂ ｔ ｃ】 Ｉ ｏｄ ｒｔ ｓｌ ｈ ｒ ｌｍ ｆｌ ａ ｐｅ ， ｃｍｐｅ ｔ ｃｕｅ ａｄ ｈｇ ｏｔｗ ｅ ｒｃｓｉｇａ ｄ ｔ ｎｆｒｎ Ａ ｓ ａ ｔ ｎ ｒｅ ｏ ｏ ｅ ｔｅｐｏ ｅ ｓｏ ｏ ｄ ｔ ｓｅｄ ｏ ｌｘｓ ｕ ｔ ｎ ｉ ｃｓ ｈ ｎ ｐｏｅｓ ｎ ｒ ｓ ｒ ｇ ｒ ｖ ｂ ｗ ａ ｒ ｒ ｈ ｎ ａ ｅｉ
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匿翟 鲤
一
文 章 编 号 ：０ ２ ８ ９ （ ０ ８ ０ ７ ０ ０ ０ １０ — ６ ２ ２ ０ ）２ ０ ９ － ４
基于 Ｎ ｏｌ 的嵌入式网络视频监控 系统设计 ・ 设 ・ ｉｓｌ 实 计 用
裴 建茹 ，李 伟
（ 庆 大 学 通 信 工 程 学 院 ，重 庆 ４ ０ ３ ） 重 ０ ０ ０
耗都大大增加 。 ２ Ｓ ＋ Ｐ Ａ 方案 ）Ｄ Ｐ Ｆ Ｇ Ｄ Ｐ芯 片 的高 速 计 算 能 力 可 实 现 实 时 ， 效 的 ， 质 Ｓ 高 高
入式网络视频监控 系统。该系统充分利用 Ｆ Ｇ Ｐ Ａ的并行
设 计 结 构 ， 视 频 数 据采 用 高压 缩 比 的 Ｈ２ ４标 准 编 码 ， 对 ． ６ 能 很 好 地 满 足 视 频 监 控 的 实 时性 要求 。
Ｐ ｉｎ ｕ，ＬＩＷ ｅ ＥＩＪａ －ｒ ｉ
基于NIOSⅡ的嵌入式云发生器电路设计
成拟人控制 的智能控制 方法 ， 在三级倒立摆的控制 Ｉ数据挖掘 、 、 数字水印技术等研究方向得 到重要应用 。 Ｉ
通过 云 模 型 建 立某 个 定 性 概 念 与 其定 量表 示 之 间 的不 确 定 性
转换关 系， 而这种不确定性关系可以仅用三个数来表示 ， 使一条语 言描述 的定性规则 可以通过云发生器输 出定量 的控制参数，以实 现拟人化 的智能控制。先验知识与逆向云发生器是获得云模型参 数的必要条件和方式，正 向云发生器则是规则转化为控制 参数 的
１ 引 言
隶 属 云 和 隶 属 云发 生器 ” 提供 了一 种 以语 言 值 构成 规则 ． Ｉ 形
和超 熵 所 示 。 望 期
三个 是云
数值 表示 ， 如 图 １ 滴 在 论 域 空 间 分 布 的 期 望 ， 是 最 能 够 代 表 定 性 概 念 的
点 ， 反 映 了 云 的重
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《 气自 化 ２ ７ 第２卷第３ 电 动 ｝ ０年 ９ ０ 期
应 用 电路 设 计
垒 巳皇 ！ ！ 皇 ！ 巳 ！ｇ ！ 曼 璺 旦
基于 Ｎ ｌ ｌ的嵌入式 云发 生器 电路设计 Ｉ ＯＳ
Ｃｉ ｕｔＤｅ ｉｎ ｏ ｒ ｉ ｃ ｓｇ ｆＥｍｂ ｄ ｅ ｏ ｄ Ｇｅ ｅ ａ ｏ ｓ ｄ ｏｎ ＮＩ ＩＰｒ ｃ ｓ ｏ ｅ ｄ ｄ Ｃｌｕ ｎ ｒ ｔ ｒＢａ ｅ ＯＳ Ｉ ｏ ｅ ｓ ｒ
摘
要： 提出基 于 Ｎ Ｏ Ｉ ＩＳＩ处理器系统 在 目标 电路板的 Ｆ Ｇ Ｐ Ａ中实现嵌入式云发生器的设计方法 。 将定制处理器 系统加入硬件设计实体， 生成硬件配置文件， 编写调试云发生器代码， 生成软件配置文件 ， 再利用二者生成最终 的配置文件 并下载到 Ｆ Ｇ Ｐ Ａ配置芯片中， 实现嵌入式云发生器， 具有接 口灵活， 扩展性强， 低功耗， 高性 能， 低成本 等优点 。
EPON中基于NIOS的ONU设计
中文核心期刊EPON中基于NIOS的ONU设计来强涛１，张薇２（１．电子科技大学光电信息学院，成都６１００５４；２．电子科技大学通信与信息工程学院，成都６１００５４）摘要：提出一种基于ＡＬＴＥＲＡ公司的ＮＩＯＳ嵌入式微处理器的ＯＮＵ（光网络单元）设计方案。
通过将ＮＩＯＳ软核处理器、自定义逻辑模块、存储器和Ｉ／Ｏ集成到单块低成本的ＦＰＧＡ上，组成一个ＳＯＰＣ（片上可编程系统），实现以太网无源光网络中的ＯＮＵ功能。
与采用套片加软件来实现ＯＮＵ的方案相比，该方案降低了系统的成本，复杂性和功耗。
关键词：ＥＰＯＮ；ＮＩＯＳ；ＯＮＵ；ＳＯＰＣ中图分类号：ＴＮ９２９．１１文献标志码：Ａ１引言ＥＰＯＮ是一种采用点到多点网络结构、无源光纤传输方式、基于高速以太网平台提供多种综合业务的宽带接入技术。
ＥＰＯＮ具有很高的性价比，被普遍认为是下一代宽带光接入网技术的最好选择。
ＥＰＯＮ主要由局端的光线路终端（ＯＬＴ），光分布网络（ＯＤＮ）和光网络单元（ＯＮＵ）组成。
在ＦＴＴＨ和ＦＴＴＢ应用情况下，ＯＮＵ位于用户侧，每个用户单独承担ＯＮＵ的成本，因此ＯＮＵ的设计成本是使用ＥＰＯＮ系统的关键因素［１］。
通常情况下采用基于ＰｏｗｅｒＰＣ的嵌入式芯片和网络交换芯片来实现ＯＮＵ单元［２］。
但是这样使得背板设计复杂，成本高，扩展性能差。
ＮＩＯＳⅡ系列３２位ＲＩＳＣ嵌入式处理器具有超过２００ＤＭＩＰＳ的性能，在ＦＰＧＡ中的实现成本只有３５美分［３］。
由于处理器是软核形式，具有很大的灵活性。
本文提出的方案是将ＮＩＯＳ微处理器嵌入到单块低成本的ＦＰＧＡ中来实现ＯＮＵ，信号处理部分用ＦＰＧＡ来实现，控制部分用ＮＩＯＳＣＰＵ来实现。
通过定制ＣＰＵ，存储和外设，提供一种高性能，低成本的ＯＮＵ的ＳＯＣ（ｓｙｓｔｅｍｏｎｃｈｉｐ片上系统）解决方案。
２ＯＮＵ在ＥＰＯＮ系统中的功能一个典型的ＥＰＯＮ系统如图１所示，由以下几部分构成：提供操作维护管理（ＯＡＭ）网络的网元管理系统、位于中心局内的光线路终端（ＯＬＴ）、进行光信号的分割和合并的光分配网络（ＯＤＮ）、连接各用户的光网络单元（ＯＮＵ）。
嵌入式通信系统的开发及应用
嵌入式通信系统的开发及应用随着技术的不断进步和发展，嵌入式通信系统的开发和应用已经成为当前新兴的研究领域。
嵌入式通信系统广泛应用于电信设备、医疗设备、工业自动化等领域。
本文将介绍嵌入式通信系统的开发流程及其应用。
一、嵌入式通信系统概述嵌入式通信系统是指将微处理器、存储器、有线或无线通信模块等硬件集成在一起，以实现数据传输和通信的系统。
在嵌入式通信系统中，大部分的处理和计算都是由CPU完成的，而I/O接口、通信模块、存储器等硬件则提供数据的输入和输出支持。
嵌入式通信系统的功能很广泛，包括了数据采集、传输、处理和存储等。
同时，嵌入式通信系统还具有小巧、功耗低、可靠性高等特点。
同时，由于其模块化的设计，嵌入式通信系统具有良好的可拓展性和可维护性。
因此，嵌入式通信系统在现代电子技术领域中的应用越来越广泛。
二、嵌入式通信系统的开发流程嵌入式通信系统的开发流程主要包括以下几个方面：1. 硬件开发：硬件开发是嵌入式通信系统开发的第一步，主要包括选择合适的嵌入式处理器、选择适合的通信模块、设计PCB 电路板等。
在硬件开发中，需要对I/O、通信等接口进行设计和连接；同时，还需要对系统的功耗、稳定性和可靠性进行考虑。
2. 软件开发：软件开发是嵌入式通信系统开发的核心，它包括了嵌入式操作系统和应用程序的开发。
在软件开发中，需要根据硬件设计的需求来选择合适的嵌入式操作系统；同时，还需要编写应用程序以实现数据处理和通讯功能。
3. 调试和测试：嵌入式通信系统的调试和测试是开发的最后一步，主要是针对硬件、软件和整个系统进行测试和验证。
在测试中，需要进行功耗测试、性能测试、通信测试和集成测试等，以保证系统的性能和可靠性。
三、嵌入式通信系统的应用嵌入式通信系统广泛应用于各种领域，以下简要介绍几个典型的应用场景：1. 电信设备：在电信设备中，嵌入式通信系统主要用于实现移动通信、互联网接入、广播电视、数字电视等方面的通信服务。
2. 医疗设备：在医疗设备中，嵌入式通信系统主要用于实现医疗信息采集、传输和存储等功能，同时可以用于远程医疗、医疗影像传输等方面。
基于NiosⅡ的嵌入式Web模块
量的智 能设 备 由于不 同的应 用场 合 或是独 立运 行或 是 采 用 不 同 的 通 信 方 式 ， 如 Ｒ －８ 、 流 环 、 ｏ— 比 Ｓ４ ５ 电 Ｌｎ Ｗｏｋ 、Ａ ｒｓＣ Ｎ等来 构建 各 自的通 信 网… ， 由于这 些 通 信 方 式所 限 ， 类通 信 网通 常 都 被 限制 在 有 限 的范 围 之 此 内， 而且 不 同通信 网 中的设备 之 间无法 取得 联 系 ， 而 从 使这 些智 能 化 设 备 的应 用 被 限制 在 一 个 很 小 的范 围 内。
为 了解决 这 一 问题 ， 文设 计 了 一种 基 于 Ｎｏ 本 ｉｓＩ Ｉ
图 １ 系统 结 构 框 图
图中 Ｅ Ｃ １ Ｐ Ｓ６用 来 保 存 配 置 数 据 ， 统 上 电后 ， 系 ＦＧ Ｐ Ａ芯片 与 Ｅ Ｃ １ 问通 过 Ｓ Ｉ 口， 过 简单 的 Ｐ Ｓ６之 Ｐ接 经 握 手操作 之后 ，Ｐ Ｓ６中的数 据送 到 Ｆ Ｇ ＥＣ１ Ｐ Ａ芯 片 中完 成 芯 片配 置 ， 成 Ｎｏ 微处 理 器 及 其 他硬 件 接 口电 生 ｉ Ｉ ｓＩ 路 。本 设计 中将 Ｎｏ 处 理 器 的 复 位 地址 指 向 Ｆａｈ ｉ Ｉ ｓＩ ｌ ｓ 存 储 器 Ｈ ２ Ｌ １０ 因 此 ， Ｆ Ｇ 芯 片配 置完 成 系 Ｙ９ Ｖ ６ ， 当 ＰＡ 统 自动复位 后 ， 开 始 执 行 Ｆａｈ存 储 器 中 的 引导 程 就 ｌｓ 序 （ Ｆ ａｈｂｏｏｄｒ ， 引 导 程 序 将 程 序 加 载 到 Ｃ ＩＦ ｓ ｏｔａｅ） 该 ｌ ｌ
・
ＲＳ （ 简指令 集计 算 机 ） 人 式处 理 器 ， Ｓ Ｐ ＩＣ 精 嵌 是 Ｏ Ｃ的 核 Ｅ Ｌ 。 ， 本 文所 介 绍 的 嵌 入 式 Ｗｅ 块 采 用 基 于 Ｆ Ｇ ｂ模 ＰＡ 的 Ｎｏ 软 核处理器 进行 设计 。系 统 的总体框 图如 图 ｉｓＩ Ｉ
基于NiosⅡ的嵌入式USB主机设计与研究
０ 引 言
随着 通 用 串行 总 线 （ Ｂ 技 术 的 飞速 发 展 和 应 用 领 域 的 ＵＳ ）
基 于 Ｓ Ｐ 的 设 计 思 路 又 增 加 了整 个 系 统 设 计 的灵 活 、 高效 ｏＣ
性， 实现 了软硬件 协 同的设计， 加快 了整 个系统 的运行速度 ，
有效地 缩短开发周期 ， 信息 安全领域具有 较好的应用前景 。 在
不断扩大， 人们完全认可它 的同时对 其期望也越来越 高， 希望
能 脱离 Ｐ Ｃ而 实 现 ＵＳ Ｂ的 点 对 点 的 数 据 传 输 “ 。嵌 入 式 Ｕ Ｂ Ｓ 主机 能够脱离 Ｐ Ｃ完 成 Ｕ Ｂ的 点 对 点 的 数 据 传 输 ， 的 应 用 Ｓ 它 研 究 成 为 信 息 安 全 领 域 的 一 个 新 的 兴 奋 点 。 文 提 出 的 嵌 入 本 式 ＵＳ Ｂ主 机 的 设 计 方 案 是 基 于 Ｓ Ｐ （ ｓ ｍ ｏ ｒｇａ ｍａｌ ｏ Ｃ ｓ ｔ ｎｐｏｒｍ ｂｅ ｙｅ ｃ ｉ）结 构 的 ， 利 用 软 核 Ｃ Ｕ （ ｏＩ 完 成 对 主 控 制 芯 片 ｈＤ Ｐ Ｎｉｓ ） Ｉ Ｓ ８ … 控 制 实现 ＵＳ Ｌ ｌＨＳ 的 Ｉ Ｂ点 对 点 的数 据传 输 。 ｏ Ｃ是 嵌 入 ＳＰ
中图法分 类号 ： Ｐ ９ Ｔ ３３
文献标 识码 ： Ａ
文章 编号 ：０ ０７ ２ ２ ０ ） ９２ ０ －３ １０ －０ ４（０ ７ ０ －１００
Ｄｅ ｉ ｎａ ｄｒ ｓ ａｃ ｆ ｍｂ ｄ ｅ Ｂ－ ｏ ｔ ａ ｅ ｎ ＮｉｓＩ ｓｇ ｎ ｅ ｅ ｒｈ ｏ ｅ ｅ ｄ ｄＵＳ ｈ ｓ ｓ ｄｏ ｏ ｌ ｂ
ｉｆｒ ａｉｎｓｃ ｒｔ ｒｓ ｎｅ ｅａｌ ｅ ｐ ｒｍｅ ｔ ｈ ｗ ｅｐ ａ ｔ ａｉ ｄｅｆ ｉｎ ｙ ｎ ｏｍ ｔ ｅ ｕｉｙｉ ｐｅ ｅ ｔｄ ｉ ｄ ｔｉ ｏ ｓ ｎ ， ｘ ｅｉ ｎｓｓ ｏ ｔ ｒｃｉ ｌ ａ ｆ ｃｅ ｃ ． ｈ ｃ ｔｎ ｙ ｉ
基于Nios Ⅱ的SOPC系统设计
能囤 ｌ
建立项层图
ｌ
用Ｓ ＯＰＣＢｕｌｅ建 ｉ ｒ ｄ 立 Ｎｉｓ 理 器及 ｏ处
所需外设接口
段． 借助 于 以计 算 机 为平 台的 Ｅ Ａ工具 进行 ＿。 Ｄ ２ ｊ
２ 基 于 Ｎｏ ｌ Ｓ Ｃ 设 计 流 程 ｉｓ ｌ的 ０Ｐ
基本的 Ｓ Ｐ Ｏ Ｃ系统 ， 致 可 以分 为 Ｆ Ｇ 存 大 Ｐ Ａ、
１ 概
述
Ｓ Ｐ Ｓ ｓ ｍ Ｏ ｒｇａ ａ ｌ Ｃ ｉ１ Ｏ Ｃ ｆｙｔ ｎＰ ｏｒｍｍ ｂｅ ｈｐ 即可 编 ｅ
程 的片上 系统 是 一种 特殊 的片 上系 统（ｏ ）其 实 ｓ ｃ，
质就 是 Ｓ Ｃ技术 ｆ Ｏ 由单 个 芯 片 完成 整 个 系统 的 主 要 逻辑 功 能１只 是 它利 用 了 Ｆ Ｇ ， Ｐ Ａ或 Ｃ Ｌ Ｐ Ｄ器 件 的可编 程 性来 进 行 Ｓ Ｃ设 计 ｎ。Ｓ Ｐ Ｏ ］ Ｏ Ｃ最早 是 由 美 国 Ａｔ ａ 司 于 ２ ０ ｌｒ 公 ｅ ０ ０年 提 出来 的 ， 同时推 出 并
于设计 工程 Байду номын сангаас件 ，建立 Ｎ ｏ 核 。具 体流 程 如 图 ２ ｉｓ
所 示 ［。 ３ ］
２１ 硬 件 设 计 ．
根 据 系统 要实 现 的功 能 ． 定 Ｎｏ 处 理器 和 确 ｉｓ
外 围器件 ， ： 如 显示 屏 、 钮 、 按 蜂鸣器 、 储器等 。 存 接
下 来 ，在 Ｓ Ｐ ｕｌｅ 中 建 立 系 统 要 添 加 的模 Ｏ ＣＢ ｉ ｒ ｄ 块 ， 括 ： ｉ Ｉ３ ｂｔ Ｐ 定 时 器 、 键 Ｐ Ｏ、 包 Ｎｏ Ｉ ２ ｉ Ｃ Ｕ、 ｓ 按 Ｉ Ｌ Ｄ ＰＯ、 部 Ｒ Ｃ Ｉ 外 ＡＭ 总 线 （ ａｏ Ａｖｌ ｎ三 态 桥 ） 外 部 、
基于Nios软核处理器的嵌入式系统设计
中图分类号 ：Ｐ ３ Ｔ ３２ 文献 标 识 码 ： Ａ
Ｄｅ ｉ ｎ ｏ ｎ ｅ ｂ ｄ ｄ ｓ ｓｅ ａ ｅ ｎ ｔ ｅ Ｎｉ ｓｓ ｆ— ｏ ｅ ｐ ｏ ｅ ｓ ｒ ｓｇ ｆａ ｍ ｅ ｄｅ ｙ ｔ ｍ ｂ ｓ ｄ ｏ ｈ ｏ ｏ ｔｃ ｒ ｒ ｃ ｓ ｏ
Ｚ ｏＺ ｅ ，Ｈ ｕ ｎ ｈ ｐｎ ，Ｔａ ｇ Ｇｕ ｌ ｕ ｈ ｎ ａ ｇ Ｚ ｉｉ ｇ ｎ ｉ ｎ，Ｄｏ ｇ Ｚ ｉ ｉ ｎ ｈ
（ ｏｌ ｅ ｆＭｅ ａｒ ｉ Ｅ ｇｎ ｅｉｇ ａ ｄＡｕｏ ａｉ Ｎａｉｎ ｌ ｎｖ ｏ ｅ ｅｓ ｅｈ ｏｏ ｙ， ｈ ｎ ｓａ４ ０ ７ ， ｈ ｎ ） Ｃｌｇ ｏ ｅ ｃ ｔｏ ｃ ｎ ｉｅｒ ｎ ｈ ｎ ｓ ｎ ｔｍ ｔ ｎ， ｔ ａ Ｕ ｉ． ｆＤ ｆ ｎｅＴｃ ｎ ｌ ｏ ｏ ｇ Ｃ ａ ｇｈ １ ０ ３ Ｃ ｉａ
Ａｂ ｔａ ｔ Ｔｈ ｍ ｂ ｄ ｅ ｙ ｔ ｍ ａ ｅ ｎ ａｓ ｆ－ｏ ｅｐ ｏ ｅ ｓ ｒｈ ｓｔ ｅｆａ ｕ ｅｏ ｒ ｇ ａ ｓｒ ｃ ： ｅｅ ｅ ｄ ｄｓ ｓｅ ｂ ｓ ｄｏ ｏ ｔｃ ｒ ｒ ｃ ｓｏ ａ ｈ ｅ ｔ ｒ ｆｐ ｏ ｒ ｍｍａ ｌ ， ｂ ｅ
２ ０ ￣ Ｔ， 测 斌
ＮｖＤｌ ｏ．０ ２８
Ｎｏ １ ．１
基 于 Ｎｉｓ 核 处 理 器 的嵌 入 式 系统 设 计 ｏ软
左 震 ， 芝 平 ， 贵林 ，董 黄 唐 志
４０ ７ ） １ ０ ３
（ 国防科学技术大学机 电工程与 自动化学 院仪器 系 长 沙
摘
要： 利用软核处理器构 造嵌 人式 系统的突出优点就是可编程性 、 可裁 减性、 易操 作性 、 灵活性 以及低成本 ， 这
嵌入式短程无线通信工程系统硬件设计
嵌入式短程无线通信工程系统硬件设计嵌入式短程无线通信工程系统硬件设计是一项技术先进、市场广阔的领域，它在现代通信和信息技术中扮演着重要的角色。
本文主要从以下几个方面对嵌入式短程无线通信工程系统硬件设计进行探讨和分析。
一、系统硬件设计的概述嵌入式短程无线通信工程系统硬件设计是指在嵌入式系统的基础上，通过硬件设计并运用无线通信技术，实现短距离内设备间的数据传输和通信。
这种技术结合了计算机科学、自动控制、电子通信等领域的知识，在家电、智能家居、智能医疗、安防、物联网等领域中广泛应用。
它可以有效降低设备的成本和复杂度，提高设备的可靠性和通信效率，满足人们对智能化、便捷化生活的需求。
二、系统硬件设计的主要部分1.集成电路设计集成电路是整个系统的核心部分，它包含了微控制器、无线收发器、电源管理等必要的电路。
微控制器作为集成电路的主控芯片，需要具有强大的计算能力、高速的数据处理能力和可编程性。
无线收发器则负责实现对信号的调制、解调、放大和传输，同时兼顾能耗和通信速率的平衡；电源管理则负责对系统的功耗进行优化和管理，以达到节能和延长电池寿命的目的。
2.天线设计天线是整个系统的信号传输和接收的重要部分，它直接影响到通信质量和传输距离。
在天线设计时，需要选用合适的天线类型和天线尺寸，考虑到频率带宽、增益、波束宽度、耦合损耗等因素，同时还需要考虑天线与环境的适应性和抗干扰性。
3.电源设计电源设计是嵌入式短程无线通信工程系统硬件设计中不可或缺的一部分，它包括电池或直流电源的选择、电路拓扑设计、电源管理模块的实现等。
电源设计需要考虑系统的供电需求、能耗和稳定性等因素，使系统在不同使用环境下始终保持稳定和可靠的性能。
三、系统硬件设计的实施步骤1.确定系统需求在进行硬件设计之前，需要首先确定系统的需求和功能要求，包括系统的使用场景、数据传输速率、传输距离、操作方式等，以便为硬件设计提供明确的目标和方向。
2.硬件方案设计在确定了系统需求和目标后，需要进行硬件方案设计，包括集成电路选型、天线选型和电源设计等。
EPON中基于NIOS的ONU设计
EPON中基于NIOS的ONU设计
来强涛;张薇
【期刊名称】《光通信技术》
【年(卷),期】2006(30)10
【摘要】提出一种基于ALTERA公司的NIOS嵌入式微处理器的ONU(光网络单元)设计方案.通过将NIOS软核处理器、自定义逻辑模块、存储器和I/O集成到单块低成本的FPGA上,组成一个SOPC(片上可编程系统),实现以太网无源光网络中的ONU功能.与采用套片加软件来实现ONU的方案相比,该方案降低了系统的成本,复杂性和功耗.
【总页数】3页(P23-25)
【作者】来强涛;张薇
【作者单位】电子科技大学,光电信息学院,成都,610054;电子科技大学,通信与信息工程学院,成都,610054
【正文语种】中文
【中图分类】TN929.11
【相关文献】
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2.基于EPON的新型电力ONU的设计与应用 [J], 杨正进;刘宏立;何昭晖
3.基于ARM的EPON体系中ONU硬件设计 [J], 朱雁程;黄俊;王建勇
4.基于EPON系统的电力ONU模块设计 [J], 屠思远;吴滨;虞致国;顾晓峰
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４．２ 通信软件的实现
用通信软件完成设备之间的通信主要是通过
ｕＩＰ协议栈来实现的。传输层则用来实现ＴＣＰ和
ＵＤＰ，这在软件设计时就需要做不同的考虑。不
同的数据传输需求应使用不同的传输层协议，比
如，实时性要求较高的传输应用就应使用无连接
２ 系统设计
基于Ｎｉｏｓ ＩＩ和ＦＰＧＡ的系统模块框图如图１所 示。该设计采用Ａｌｔｅｒａ公司的Ｃｙｃｌｏｎｅ ＩＩ系列芯片， 并在其中配置ＮｉｏｓＩＩ软核处理器来控制外围设备 和协议栈的运行。此外，本系统中还添加了一个
收稿日期：２００７－ ０８－ １１
图１ 系统模块图
ｗｗｗ．ｅｃｄａ．ｃｎ ２００８．２
三个信号外，其他信号都是可选的，设计时应根 据具体的应用来选择。本设计中的校验和计算指 令选用了ｓｔａｒｔ、ｄａｔａａ ［３１：０］、ｄｏｎｅ、ｒｅｓｕｌｔ ［３１：０］。 其中ｓｔａｒｔ信号作为数据有效信号，ｄａｔａａ ［３１：０］ 为 数据输入信号，当校验和计算完成时，ｄｏｎｅ信号 有 效 ， 以 通 知 ＣＰＵ读 取 ｒｅｓｕｌｔ 端 口 上 的 数 据 ， 因 此，计算校验和指令逻辑必须确保当ｄｏｎｅ信号有 效时，ｒｅｓｕｌｔ端口上的数据有效。
参考文献
［１］ Ｎｉｏｓ Ｈａｒｄｗａｒｅ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ Ｔｕｔｏｒｉａｌ，Ｍａｒ ２００４，ｈｔｔｐ：／ ｗｗｗ．ａｌｔｅｒａ．ｃｏｍ．
［２］ Ｎｉｏｓ Ｓｏｆｔｗａｒｅ Ｆｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ Ｔｕｔｏｒｉａｌ，Ｍａｒ ２００４，ｈｔｔｐ：／ ｗｗｗ．ａｌｔｅｒａ．ｃｏｍ．
［３］ 谢希仁．计算机网络［Ｍ］．北京：电子工业出版社，２００３． ［４］ 任爱锋，等．基于ＦＰＧＡ的嵌入式系统设计［Ｍ］．西安：西
校验和的计算需要很多个时钟周期才能完 成。所以校验和计算指令应使用Ｍｕｌｔｉ－ Ｃｙｃｌｅ 用户 指令结构。Ｍｕｌｔｉ－ Ｃｙｃｌｅ用户指令的端口操作有固 定长度和可变长度两种。因为网络传输的数据长 度是不断变化的，所以校验和计算指令应选择可 变长度操作，但这会影响到端口信号的选择。
Ｍｕｌｔｉ－ Ｃｙｃｌｅ用户指令结构的信号有：ｒｅｓｅｔ、 ｃｌｋ、 ｃｌｋ＿ｅｎ、 ｓｔａｒｔ、 ｄａｔａａ ［ ３１：０］ 、 ｄａｔａｂ ［ ３１：０］ 、 ｄｏｎｅ、ｒｅｓｕｌｔ ［３１：０］。其中除了ｒｅｓｅｔ、ｃｌｋ、ｃｌｋ＿ｅｎ
４．１ 底层驱动程序的编写
ＬＡＮ９Ｃ１１１芯片的底层驱动是由Ａｌｔｅｒａ免费提
４８
２００８．２ ｗｗｗ．ｅｃｄａ．ｃｎ
第１０卷 第２期 ２００８年２月
设计参考
Ｖｏｌ．１０ Ｎｏ．２ Ｆｅｂ． ２００８
供的。设计时可以调用这些底层驱动来完成初始 化、通信建立、监听等通信功能。这些底层驱动 函数已经封装好，用户不需要了解其细节就可以 编写网络通信程序。但是，为了进行高级开发， 必须对整个程序的工作机制有一定的了解。
３ 校验和计算指令 （Ｃａｌ＿ｃｈｋｕｓｍ）
整个协议栈的处理中，最耗时间的就是数据 校验和的计算，特别是当数据长度很大时。所 以，在设计中，对数据校验和的计算可采用硬件 模块来实现。可将其作为ＮｉｏｓＩＩ的一个用户自定 义指令来提高校验和的计算速度。在协议栈的移 植过程中，将数据的宽度修改为１６位，可方便最 后将１６位校验和的计算结果添加到相应的域。
安电子科技大学出版社，２００４．
ｗｗｗ．ｅｃｄａ．ｃｎ ２００８．２
４９
此后，用户只需要在源文件中将计算校验和 部分使用上面的宏做相应的替换就可以了。对用 户来说，这就像是调用一个子函数。由此可见， 基于ＮｉｏｓＩＩ软核处理器开发的嵌入式系统具有一 般嵌入式处理器所不能比拟的优势。
４ 软件设计
协议栈可使用现在在嵌入式应用中已经很成 熟的ｕＩＰ。如果使用Ａｌｔｅｒａ提供的ＬｗＩＰ协议栈，那 么就得考虑其在嵌入式操作系统上的移植，这样 无疑会增加系统软件设计的复杂度和代码量。
三种内核，其中Ｎｉｏｓ ＩＩ／ｆ是一种高性能的内核，速 度最快，但消耗的资源最多；而Ｎｉｏｓ ＩＩ／ｅ是低成 本内核，速度最慢消耗的资源最少；第三种Ｎｉｏｓ ＩＩ／ｓ是一种性能和成本折中的内核。本设计采用 的就是这种Ｎｉｏｓ ＩＩ／ｓ内核。
Ｎｉｏｓ ＩＩ的优势就在于其灵活性，因为它可以 根据用户的需求进行灵活的配置和裁剪。基于 Ｎｉｏｓ ＩＩ软核的系统设计可利用Ａｌｔｅｒａ公司提供的系 统设计工具ＳＯＰＣ Ｂｕｉｌｄｅｒ和集成开发环境ＮｉｏｓＩＩ ＩＤＥ来进行软硬件协同设计，以在很大程度上缩 短开发周期，并在系统开发的任何阶段都可以很 方便地对系统进行修改。ＦＰＧＡ器件丰富的逻辑 资源，和Ｎｉｏｓ ＩＩ强大的处理能力，可为嵌入式系 统设计提供有效的解决方案。
要提高系统性能，一方面应提高处理器的处 理能力；另一方面可将软件处理比较费时的模块 使用硬件模块来实现。经过分析发现，在网络协 议栈的运行过程中，最耗费时间的是校验和的计 算，尤其是当数据量非常大的时候。为此，本设 计专门用硬件定制了一个用户指令校验和计算指 令 （ｃａｌ＿ｃｈｅｃｋｓｕｍ） 来对数据校验和的计算实现硬 件 加 速 ， 以 作 为 一 个 指 令 添 加 到 ＮｉｏｓＩＩ 系 统 中 ， 在协议栈程序中进行调用以缩短计算校验和的时 间，提高处理速度，达到提升系统性能的目的。
１ Ｎｉｏｓ ＩＩ简介
Ｎｉｏｓ ＩＩ嵌入式软核处理器是Ａｌｔｅｒａ公司推出的 第二代片上可编程的软核处理器，该处理器是可 配置的，用户可以根据自己的实际需要进行处理 器的配置，以达到资源的合理使用，其性能可以 超过２００ＤＭＩＰＳ。Ｎｉｏｓ ＩＩ采用哈佛结构，具有３２位 指令集，３２位数据通道和可配置的指令及数据缓 冲，而且可支持用户自定义指令 （最多２５６个） 以 扩展ＣＰＵ指令集，故为可编程片上系统 （ＳｏＰＣ） 设计提供了一套完整的解决方案。Ｎｉｏｓ ＩＩ提供有
５ 结束语
采 用 ＮｉｏｓＩ Ｉ 进 行 系 统 设 计 时 ， 由 于 ＳＯＰＣ Ｂｕｉｌｄｅｒ工具的强大系统开发功能，再加上ＮｉｏｓＩＩ ＩＤＥ集成开发环境，故可使得系统的设计变得简 单方便、可扩展性强。同时，系统软件设计与系 统设计同时进行，也大大缩短了开发周期。该网 络平台的设计中使用了嵌入式领域非常成熟的 ｕＩＰ，并且是开放式源代码，所以对ｕＩＰ的移植非 常方便。此外，本设计只对其进行修改就可以最 大限度的发挥ＮｉｏｓＩＩ处理器的特点，再加上简单 灵活的用户自定义指令，因而对系统性能的提升 起到了很大作用。这个系统已经在硬件上经过了 验证，可以进行可靠、稳定的网络通信。
设计的关键是ｕＩＰ协议栈在Ｎｉｏｓ ＩＩ上的移植。 针对ＮｉｏｓＩＩ的特点，可对ｕＩＰ做适当的修改，以使 ＮｉｏｓＩＩ处理器的处理能力得到充分发挥，提高系 统的性能。ｕＩＰ原来是针对８位处理器的，现在将 其修改为１６位，这样，在理论上就将处理能力提 高了一倍，因而系统的性能也就提升了一倍。
根据ＴＣＰ／ＩＰ模型结构，数据链路层和物理层 可使用网络接口芯片ＬＡＮ９Ｃ１１１完成；网络层和 传输层协议解析在ＮｉｏｓＩＩ中可由嵌入式ＴＣＰ／ＩＰ协 议栈实现；应用层则由用户根据需要编写。最 后，各个模块合起来共同完成网络通信功能。
几个主要的底层驱动函数来完成启动、复位 和初始化ＰＨＹ、以太网ｐａｃｋｅｔ的收发及中断处理 函数等工作，其代码如下： ｓｔａｔｉｃ ｖｏｉｄ ｒ＿ｌａｎ９１ｃ１１１＿ｅｎａｂｌｅ （ ）；启动芯片，使 能发送和接收 ｉｎｔ ｎｒ＿ｌａｎ９１ｃ１１１＿ｒｅｓｅｔ （ ）；对芯片复位 ｓｔａｔｉｃ ｉｎｔ ｒ＿ｌａｎ９１ｃ１１１＿ｉｎｉｔ＿ｐｈｙ （ ）；完成物理层 芯片的初始化 ｉｎｔ ｎｒ＿ｌａｎ９１ｃ１１１＿ｓｅｔ＿ｉｒｑ （ ）：设置芯片的中断
第１０卷 第２期 ２００８年２月
设计参考
Ｖｏｌ．１０ Ｎｏ．２ Ｆｅｂ． ２００８
基于ＮｉｏｓＩＩ的嵌入式网络通信系统设计
孟峻岭，柴晶晶
（西安电子科技Leabharlann 学模式识别与智能控制研究所，陕西 西安 ７１００７１）
摘 要：介绍了第二代片上软核处理器ＮｉｏｓＩＩ和嵌入式网络通信协议栈ｕＩＰ，给出了片上系统 的配置、校验、计算和自定义指令的系统设计方法，同时给出了网络接口芯片底层驱动程序 以及ｕＩＰ协议栈程序在ＮｉｏｓＩＩ上进行移植的软件设计流程。 关键字：ＮｉｏｓＩＩ；ｕＩＰ；ＦＰＧＡ；网络通信
的ＵＤＰ协议，而对实时性要求不高且要保证数据
传输可靠性的应用，则应使用面向连接的、可靠
的ＴＣＰ协议。
其推荐的程序框架如下：
ｍａｉｎ （）
｛
ｎｅｔｉｆ＿ｉｎｉｔ （） ； ／／ 网络接口初始化
ｕｉｐ＿ｉｎｉｔ （） ；
／／ 协议栈初始化
ａｒｐ＿ｔａｂｌｅ＿ｉｎｉｔ （） ； ／／ ＡＲＰ 表初始化
ｎｅｔｃｏｎｎ＿ｎｅｗ （） ／／ 建立新的连接
ｎｅｔｃｏｎｎ＿ｂｉｎｄ （） ／／ 绑定端口号
ｎｅｔｃｏｎｎ＿ｌｉｓｔｅｎ （） ／／ 侦听端口
ｗｈｉｌｅ （１）
｛
ｉｆ （收到数据） ｛
……
／／ 处理接收的数据
｝
ｅｌｓｅ ｉｆ （发送数据） ｛
……
／／ 发送数据
｝
ｅｌｓｅ
……
／／ 返回准备下次处理
｝
｝
图２所示是该系统的软件处理流程图。
图２ 系统通信软件流程图
０ 引言
Ｉｎｔｅｒｎｅｔ技术的发展在许多领域都引起了飞跃 性的变化。嵌入式系统应用领域中一个新的趋势 就是开始在嵌入式设备上集成网络通信功能 （比 如网络监控、网络数据采集系统等），以便于通 过网络与远程设备进行信息的交互以增强系统的 互连性，而这仅仅需要一根网线就可以轻松完成 系统的互连。
目前市场上嵌入式处理器的种类很多。而通 过Ａｌｔｅｒａ公司推出的第二代片上可编程嵌入式软 核处理器Ｎｉｏｓ ＩＩ，再配上其低成本、高性价比的 ＦＰＧＡ器件，便可使得嵌入式系统的开发变得越 发方便。再者，由于Ｎｉｏｓ ＩＩ的可配置和ＦＰＧＡ器件 的可编程特点，与专用硬件相比，该方案的灵活 性具有很大的优势。