NiOS II SOPC 嵌入式系统基础教程

可编程的片上系统 集成电路单元库 器件的物理版图设计
• 名词解释
IC (Integrated Circuit)：集成电路，是半导体元件产品的 统称，是采用半导体制作工艺，在一块较小的单晶硅片上制 作上许多晶体管及电阻器、电容器等元器件，并按照多层布 线或隧道布线的方法将元器件组合成完整的电子电路。
SOPC Builder ?
SOPC Builder: 是 功能强大的基于图 形界面的片上系统 定义和定制工具。 SOPC Builder 库 中包括处理器和大 量的IP核及外设。
启动: Quartus II → Tools → SOPC Builder
SOPC Builder包含在Quartus II软件中
片上系统 集成电路单元库 器件的物理版图设计
集成电路发展过程: 可编程的片上系统（SOPC），是Altera公司提出来的一种灵活、高效的 SOC解决方案，是一种新的软硬件协同设计的系统设计技术。它将处理器、 存储器、I/O口等系统设计需要的功能模块集成到一个可编程器件上，构成 一个可编程的片上系统。集成了硬核或软核CPU、DSP、存储器、I/O设备 和可编程逻辑的SOPC芯片，在应用灵活和价格上有相当大的优势，所以可 以认为SOPC代表了半导体产业未来的发展方向。
SOPC将处理器、存储器、I/O口等系统设计需要的功能模块集成 到一个可编程器件上，构成一个可编程的片上系统。
SOPC
现今SOPC可以认为是基于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的方案也有多种途径。
1.1 SOPC及其技术

1.1 SOPC及其技术 1.2 Nios II软核处理器 1.3 Altera支持SOPC的FPGA简介
第1章 目录

1.1 SOPC及其技术 1.2 NIOS II软核处理器 1.3 Altera支持SOPC的FPGA简介
1.1 SOPC及其技术
可编程的片上系统是Altera公司提出来的一种灵活、高效的SOC 解决方案。
• 名词解释
SOPC (System On Programmable Chip): 可编程的片上系
SOPC ? EDA ?
统，是Altera公司提出来的一种灵活、高效的SOC解决方案。
也可认为是基于FPGA（Field-Programmable Gate Array，
现场可编程门阵列）解决方案的SOC。 EDA (Electronic Design Automation)：电子设计自动化。 EDA技术就是以计算机为工具，设计者在EDA软件平台上，用 硬件描述语言HDL完成设计文件，然后由计算机自动地完成逻 辑编译、化简、分割、综合、优化、布局、布线和仿真，直至 对于特定目标芯片的适配编译、逻辑映射和编程下载等工作。
主要内容
第 1 章介绍 SOPC 技术及 Altera 可用于 SOPC 的 FPGA，重点介绍了 32
位Nios II软核处理器。
微电子技术的发展历史是一个不断创新的过程，这种创新包括理论创 新、技术创新和应用创新。每一种创新都能开拓出一个新的领域，带来新 的市场，产生重大的影响。
第1章 目录
Байду номын сангаас
构成SOPC的三种方案
基于FPGA嵌入IP硬核的SOPC系统
该方案是指在FPGA中预先植入处理器。最 常用的是含有 ARM32 位知识产权处理器核的器 件。为了到达通用性，必须为常规的嵌入式处理 器集成诸多通用和专用的接口，但增加了芯片的 成本和功耗。如果将 ARM 或其它处理器核以硬 核方式植入 FPGA 中，利用 FPGA 中的可编程逻 辑资源，按照系统功能需求来添加接口功能模块， 既能实现目标系统功能，又能降低系统的成本和 功耗。这样就能使得 FPGA灵活的硬件设计与处 理器的强大软件功能有机地结合在一起，高效地
第1章 概述
集成电路发展过程: 在集成电路（IC）发展初期，电路设计主要是器件的物理版图设计。
器件的物理版图设计
集成电路发展过程: 后来出现了集成电路单元库，使得集成电路设计从器件级进入逻辑级，极大 地推动了IC产业的发展。
集成电路单元库 器件的物理版图设计
集成电路发展过程: 随着IC设计与工艺水平的提高，原先由许多IC组成的电子系统可以集成到一 个芯片上，构成片上系统（SOC）。SOC的设计思想有别于普通IC：SOC 从整个系统的角度出发，把处理机制、模型算法、芯片结构直至器件的设计 紧密结合起来，在单个（或少数几个）芯片上实现整个系统的功能。SOC的 设计以知识产权（IP）核为基础，以分层次的硬件描述语言为系统功能和结 构的主要描述手段，并需要借助电子设计自动化（EDA）工具。研究表明， 与IC组成的系统相比，由于SOC设计能够综合考虑整个系统的各种情况，因 而可以在同样的工艺条件下，实现更高性能的系统指标。
• 名词解释- 与SOPC相关的名词
Quartus II ?
Quartus II: 是 Altera 公 司 的 第 四 代可编程逻辑器件 集成开发环境，提 供从设计输入到器 件编程的全部功能。
双击Quartus II图标
Quartus II 5.0 软件界面
• 名词解释- 与SOPC相关的名词
• 名词解释- 与SOPC相关的名词
Nios II IDE ?
Nios II:是Nios II 系列嵌入式处理器 的基本软件开发工 具。所有软件开发 任务都可以在 Nios II IDE 下完成，包 括编辑、编译和调 试程序。
双击Nios II IDE图标
Nios II IDE 软件界面
注：IDE（Integrated Development Environment，集成开发环境）
IC ? AISC ? SOC ?
ASIC (Application Specific Integrated Circuit)：专用 IC，是指为特定的用户、某种专门或特别的用途而设计的芯 片组。
SOC (System on a Chip)：片上系统。随IC设计与工艺 的提高，使原先由许多IC组成的电子系统可集成到一个芯片 上，构成SOC。