NiOS II SOPC 嵌入式系统基础教程
NIOS2完整教程
NIOS2完整教程NIOS II 是一款高度可配置的32位嵌入式软核处理器，由Intel旗下的Altera（现在归属于英特尔）推出。
它具有低功耗、高性能和可扩展性的特点，适用于各种嵌入式应用领域。
下面是一份简要的NIOSII完整教程，帮助您了解如何开始使用NIOSII。
1. Nios II 架构Nios II 架构包括处理器核、总线接口、存储器和外设设备。
处理器核包括CPU和一些协处理器，如乘法器、除法器等。
总线接口用于连接处理器核、存储器和外设设备。
存储器用于存储指令和数据。
外设设备包括UART、GPIO、SPI、I2C等。
2. Nios II 开发环境搭建首先，您需要安装Altera的Quartus软件来进行Nios II的开发。
Quartus提供了一个开发工具套件，包括编译器、仿真器和调试器。
您还需要安装Nios II EDS，这是一个集成开发环境，用于配置和生成Nios II处理器的软件。
安装完软件后，您可以创建一个新的Nios II项目。
3. Nios II 项目配置在Quartus中创建新的Nios II项目时，您需要指定处理器类型、时钟频率和存储器大小等参数。
您还可以选择添加外设设备和协处理器。
一旦项目创建完成，您可以使用Nios II EDS来配置处理器和外设设备，并生成相关的软件。
4. Nios II 软件开发Nios II 支持多种软件开发工具，包括C/C++编译器、汇编器和调试器。
您可以使用C/C++编译器来编写和调试应用程序。
您还可以使用汇编器来编写高性能的关键代码。
调试器可以帮助您检测和修复应用程序中的错误。
5. Nios II 系统调试在开发过程中，您可能需要进行系统调试，以解决应用程序的问题。
Nios II 支持硬件和软件调试。
硬件调试通过连接JTAG接口进行，可以在硬件级别上进行调试。
软件调试使用Nios II调试器进行，可以在软件级别上进行调试。
6. Nios II 系统验证在完成软件开发和调试后，您可以进行系统验证，确保系统的正确性和稳定性。
niosII操作图解
1、打开quaratusII软件2、打开low_cost_lcd工程打开的工程：3、打开sopcbuilder正在打开：Sopc builder中建立的niosII系统4、选择system generationSystem generation界面5、点击run niosII IDE 正在读取中间会提示选择workplace点browse选择在你电脑中的low_cost_lcd文件夹中的software---workspace作为工作空间这是在我电脑中的情况之后等待一会儿，根据电脑的配置不同时间也不同。
可以从上图看到workspace文件夹上面还有一些文件夹。
这些就是存放c/c++例程的地方：这就是存储c文件的地方这个文件夹中就是你所熟悉的c语言程序。
好了言归正传，现在niosII ide 应该已经启动好了，如下显示：6、打开一个你向下载到实验板上的c程序，我以flash_test为例：点击flash_test：7、因为这些文件都是编译过的，就可以不编译了，当然在编译一次也没关系：点project-build project8、先把qaratusII的工程下载到实验板上9、实验板不要断电，下载软件程序注意控制台中显示的内容显示到这一步你的程序就成功了最后讲一下如何建立新的软件工程：1、现在新建一个工程：2、点next选择空白工程3、为你的工程起个名字这时会在旁边出现一个新的工程---flash_test_26、新建一个c/c++文档：出现如下的对话框：7、上面是选择父目录，下面打入文件名8、完成：这时在左侧的工程池中出现了你刚建的文件：9、我先把flash_test.c中的程序复制了，flash_test.c文件的位置上文已经提过了在low_cost_lcd---software---flash_test中。
10、打开文件，然后把刚才复制过的内容粘贴进去，一个新的niosII软件工程就做好了。
编译下载。
第7章 Nios II 常用外设编程 SOPC技术与应用
第1节并行输入/输出内核并行输入/输出（PIO）内核提供了Avalon存储器映射从端口和通用IO端口直接的接口。
I/O端口连接到片内的用户逻辑或是连到与FPGA片外设备相连的引脚上。
PIO内核提供对用户逻辑或外部设备简单的I/O访问，应用实例如下：∙控制LED∙获取开关数据∙控制显示设备∙配置并与片外设备通信，例如专用标准产品(ASSP)的设备。
PIO内核可以基于输入信号而发出中断请求 (IRQ) 输出。
SOPC Builder 中提供了现成的 PIO内核，可以很容易地将PIO内核集成到SOPC Builder生成的系统中。
7.1.1 PIO 寄存器描述每个PIO内核可提供多达32I/O端口，用户可以添加一个或多个PIO内核。
CPU通过读/ 写PIO接口的映射寄存器来控制PIO端口。
在CPU的控制下，PIO内核在输入端口捕获数据，驱动数据到输出端口。
当PIO端口直接连到了I/O管脚，通过写控制寄存器，CPU能够将管脚置成三态。
图7-1是一个PIO应用的例子，本例使用了多个 PIO内核。
图7-1 使用PIO内核的系统实例当集成到SOPC Builder生成的系统中，PIO内核有两个特性对用户是可见的。
∙具有四个寄存器的存储器映射的寄存器空间，4个寄存器是data、direction、 interruptmask和edgecapture。
∙1到32个的I/O端口。
有些寄存器在某些硬件配置下不是必需的，这时相应的寄存器就不存在了。
对一个不存在的寄存器进行读操作，则返回一个未定义的值；一个不存在寄存器进行写操作则没有任何结果。
表7-1给出了PIO寄存器的描述。
1. 数据寄存器（Data Input & Output）PIO内核I/O端口可以连接到片上或片外的逻辑。
内核可以配置成仅有输入端口，或仅有输出端口，或两者都有。
如果内核用于控制设备上的双向I/O 管脚，内核提供具有三态控制的双向模式。
nios-ii-入门手册教学文案
n i o s-i i-入门手册一、建立quartus ii工程首先，双击quartus ii 9.1图标打开软件，界面如下图1.1所示图1.11.1新建工程（1）点击file –>New Project Wizard 出现图1.2所示的对话框。
图1.2（2）点击Next。
如图1.3所示：第一行是工程的路径，二、三行为实体名。
填好后点击Next。
图1.3（3）此处可选择加入已设计好的文件到工程，点击Next。
图1.4（4）选择设计器件如图1.5所示。
接着点击Next。
图1.5（5）接着点击Next。
无需改动，点击finish，显示如下图所示。
图1.6（6）此时，工程已经建立完成，接下来需要建立一个原理图输入文件，点击file –>New ->Block Diagram/Schematic File 后如图1.7所示。
图1.7二、构建一个nios ii 软核（1）首先点击Tools ->Sopc Builder图2.1在System Name中输入软核的名称，注意：软核的名称不能和quartus工程的实体名相同，否则编译会出现错误，接着点击ok。
图2.2图中clk_0为时钟名称，100.0为时钟值双击可修改其值。
即软核的时钟就是100ＭＨＺ。
（２）建立nios ii处理器点击Ｐrocessors -> Nios ii Processor 如图2.3所示图2.3点击后，将出现下图，在下图中选择软核的类型。
这里提供了三种类型，Nios II/e占用资源最少600-800LEs，功能也最简单，速度最慢。
Nios II/s占资源比，前者多一些，功能也多了，速度也忚一些Nios II/f占资源最多，功能也最多，速度就最快，用户可根据实际的需要选择不同的类型。
此处选择Nios II/f型，速度和功能都能满足。
下方Reset Vector是复位后启动的Memory类型和偏移量。
待SDRAM设置号以后再来设置此处。
SOPC嵌入式系统基础教程课程设计
SOPC嵌入式系统基础教程课程设计课程设计背景SOPC (System on a Programmable Chip) 是将数字系统设计的各个模块集成到一个芯片上的技术，可以利用 FPGA 技术实现。
使用SOPC 技术设计嵌入式系统时，可以将各种外设控制器集成到可编程器件中，从而完成完整的嵌入式系统。
随着现代物联网技术的快速发展和普及，嵌入式系统应用场景越来越广泛，嵌入式系统的开发工程师越来越受到关注。
因此，对于计算机科学专业的学生来说，掌握 SOPC 嵌入式系统的基础知识和技能也变得非常重要。
本课程设计旨在通过实践操作，让学生了解 SOPC 嵌入式系统的基本概念和应用，提高学生对嵌入式系统的设计能力。
课程设计内容实验环境准备软件环境1.Quartus II 集成开发环境2.ModelSim 集成仿真环境硬件环境采用 Altera 公司推出的 DE1-SoC 开发板，该开发板主要包括以下硬件资源：1.Cyclone V SoC FPGA 设备，包括 FPGA 逻辑资源和 ARM处理器资源2.DDR3 SDRAM 存储器3.VGA 视频输出端口4.以太网口5.GPIO 端口6.SD 卡口7.麦克风输入口8.音频输出端口实验流程本课程设计共包括两个实验设计，分别为：实验一：利用 Quartus II + Nios II + SOPC 技术搭建一个包含I/O 和 LED 控制的简单系统1.学习 Nios II 基本概念，如指令集架构、寄存器组、内存、中断等。
2.学习 Quartus II + Nios II IDE 集成开发系统的使用，包括类型定义、信号定义、仿真和调试功能。
3.建立一个简单的 SOPC 系统，包括 Nios II 处理器、I/O控制，用于控制 VGA 显示器中的 LED 灯。
4.用 C 语言编写应用程序来控制 LED 灯，并将程序下载到板子上，观察 LED 灯在 VGA 显示器中的状态。
NIOSII教程
最小逻辑占用的优化
7
7.1 Nios Ⅱ嵌入式处理器简介
Nios Ⅱ vs Nios
Nios Ⅱ
Pipelined RISC Architecture 32-Bit Instructions Flat Register File 32-Bit Data Path 32 Prioritized Interrupts Optional Instruction & Data Cache Custom Instructions Branch Prediction
一、第一代Nios嵌入式处理器 二、第二代Nios嵌入式处理器 三、可配置的软核嵌入式处理器的优势
2
7.1 Nios Ⅱ嵌入式处理器简介 一、第一代Nios嵌入式处理器
2000年，Altera发布了Nios处理器，这是第一款可 用于可编程逻辑器件的可配置的软核处理器。 基于RISC技术 16位指令集 16/32位数据通道 5级流水线 在一个时钟周期内完成一条指令的处理 具有一种基于JTAG的OCI（片上仪器）芯核
二、软件开发流程
21
7.2 Nios Ⅱ嵌入式处理器软、硬件开发流程
Nios Ⅱ Design Flow
Processor Library Peripheral Library
（1）
SOPC Builder GUI
Configure Processor Select & Configure Peripherals, IP Connect Blocks
Custom Instructions IP Modules
（2） Hardware Development
NiosIISOPC开发
Nios II/SOPC 的应用领域
01
02
03
04
通信
Nios II/SOPC在通信领域的 应用包括基带处理、调制解调
、协议栈处理等。
工业控制
Nios II/SOPC在工业控制领 域的应用包括运动控制、过程
控制、机器人控制等。
数字信号处理
Nios II/SOPC在数字信号处 理领域的应用包括音频处理、 图像处理、雷达信号处理等。
仿真测试
02
03
调试与优化
使用仿真工具对编译后的文件进 行仿真测试，验证设计的正确性 和可靠性。
在仿真测试过程中，对发现的问 题进行调试和优化，提高设计的 可靠性和性能。
在系统编程与调试
01
02
03
在系统编程
将编译后的文件下载到 Nios II处理器中，实现系 统的实际运行。
在系统调试
在系统运行过程中，使用 调试工具进行实时调试， 解决可能出现的错误和问 题。
Nios II 是一款基于 Altera FPGA 的可定制处理器，具有 高速、低功耗、可编程等优点 ，适用于数字信号处理应用。
数字信号处理算法包括滤波器 设计、频谱分析、信号识别等 ，基于 Nios II 的数字信号处 理系统可以实现这些算法的硬 件加速。
基于 Nios II 的数字信号处理 系统可以应用于音频处理、图 像识别、雷达信号处理等领域 。
应用领域
广泛应用于数字信号处理、通信、控制、图像处理等领域。
Nios II IDE 集成开发环境
概述
Nios II IDE是Altera公司 为Nios II处理器提供的集 成开发环境，支ห้องสมุดไป่ตู้C/C和 汇编语言开发。
NIOSII SOPC实例1
一．关于SOPC1）SOPC英文全名为：System-On-a-Programmable-Chip,即可编程片上系统。
SOPC 用可编程逻辑技术把整个系统放到一块硅片上，来用于嵌入式系统研究和电子信息处理。
SOPC是一种特殊的嵌入式系统,它是片上系统（System-On-a -Chip,SOC），即由单个芯片完成整个系统的主要逻辑功能但它不是简单的SOC,它也是可编程系统，具有灵活的设计方式，可裁减、可扩充、可升级，并具备软硬件在系统可编程的功能。
SOPC设计包括以32位NIOSII软核处理器为核心的嵌入式系统的硬件配置、硬件设计、硬件仿真、软件设计以及软件调试等。
SOPC系统设计的基本软件工具有：1）QuartusII:用于完成NIOSII系统的综合、硬件优化、适配、编程下载以及硬件系统调试等；2）SOPC Builder:Altera NiosII嵌入式处理器开发软件包，用于实现NiosII 系统的配置、生成,内嵌于QuartusII软件中；3）ModelSim: 用于对SOPC生成的NiosII系统的HDL描述进行系统的功能仿真；4）NiosII IDE:用于进行软件的开发、调试，以及向目标开发板进行Flash下载；二．关于NIOSII处理器NIOSII 是一个可配置的软核处理器。
“可配置”的意思是设计者可以根据性能和成本的要求来增加或删减处理器的功能。
ALTERA公司并不销售NIOSII处理器芯片，而是销售空的FPGA，并提供NIOSII 系统相应的IP核来组成NIOSII系统，然后将这个系统下载到FPGA中实现。
1）关于AVALONAvalon总线是SOPC硬件系统的重要组成部分，Avalon总线规范是为了开发SOPC 环境下外设而设计的。
图1-1 一个SOPC的示例二． SOPC简单实例：软核控制LCD液晶字母显示器1．系统构成规划1）系统功能：在character LCD上显示”Hello LCD from NiosII!”2）本系统中需要的外围器件：（1）L CD：输出显示（2）S RAM存储器:程序运行时将其导入SRAM3）SOPC中建立系统需要添加的模块包括：（1）N ios II 32bit CPU（2）L CD display（3）外部RAM总线（4）外部RAM接口（5）J TAG UART Interface（6）定时器2．硬件系统的建立1）首先打开Quartus II 建立工程文件：将工程文件命名为hello_lcd,顶层文件与工程文件同名。
《NiosIISOPC开发》课件
为了进行NiosIISOPC的开发，你需要先安装好开发环境： Quartus①、SOPC Builder②和NiOS IDE③。
NiosIISOPC的配置文件包括指令集、时钟周期等，通过 SｏPｃ Bｕｉｌｄｅｒ工具进行设置和配置。
NiosIISOPC的服务器设置
通过HMI（人机界面）进行服务器的设置，设定各种
NiosIISOPC在工业自动化中的应用
NiosIISOPC可以应用于各类工业自动化设备，如PLC、机 器人和仪器仪表等，实现设备之间的数据交互和控制。
NiosIISOPC在物联网中的应用
NiosIISOPC能够与云服务进行连接，实现云端数据的处 理、存储和应用，为物联网的开发和应用提供了强有力 的支持。
NiosIISOPC的调试与测试
NiosIISOPC的调试工具介绍
NiosIISOPC提供了一系列调试工具，如调试器和日志监视器，帮助开发者找出问题并解决。
NiosIISOPC的测试方法
NiosIISOPC测试主要包括功能测试和性能测试，其中性能测试会影响到整个系统的稳定性及 响应时间等。
NiosIISOPC的应用实践
NiosIISOPC的应用前景
NiosIISOPC已经得到广泛应用，随着技术的 不断提升和应用场景的丰富，NiosIISOPC的 应用前景必将更加广阔。
结语
1 NiosIISOPC开发的重要性
NiosIISOPC开发对于提高工业自动化水平和实现物联网应用具有重要意义。
2 NiosIISOPC开发的价值与意义
为什么要进行NiosIISOPC开发？
NiosIISOPC开发可以实现工控设备与上位机的通信和控制，提高工业自动化水平及控制效率。
NiosIISOPC基础知识
第4章 Nios II外围设备 《SOPC嵌入式系统基础教程》-PPT课件-PPT课件
4.7 JTAG_UART内核
4.8 SPI内核
4.9 DMA内核
4.2 SDRAM控制器内核
SDRAM控制器内核概述
SDRAM 控 制 器 内 核 提 供 一 个 连 接 片 外 SDRAM 芯 片 的 Avalon接口，并可以同时连接多个SDRAM芯片。
SDRAM控制器内核具有不同数据宽度(8、16、32或64位)、 不同内存容量和多片选择等设置。
说明：当指定类型的边沿在输入端口出现时， 边沿捕获存放器对应位置1。
Level：输入为高电平且中断使能，那么PIO 内核产生一个IRQ。
Edge：边沿捕获存放器相应位为1且中断使 能，那么PIO内核产生一个IRQ。
说明：中断只有高电平中断，如果希望低电 平时中断，那么需在该I/O输入引脚前加一 个“非〞门。
第4章 目录
4.1 并行输入/输出(PIO)内核 4.10 带Avalon接口的互斥内核
4.2 SDRAM控制器内核
4.11 带Avalon接口的邮箱内核
4.3 CFI(通用Flash)控制器内核 4.12 System ID内核
4.4 EPCS控制器内核
4.5 定时器内核
4.6 UART内核
Nios II 系统
PIO 内核
存放器
CPU通过存放 器控制I/O端口 行为
CPU 内核
PIO 内核
PIO 内核
PIO内核结构框图
Pio[7] Pio[6] Pio[5] Pio[4] Pio[3] Pio[2] Pio[1] Pio[0] Pio[31] Pio[30] Pio[29]
Pio[3] Pio[2] Pio[1] Pio[0]
端口数可 设置
最多32个 I/O端口
NIOS2完整教程
NIOS2完整教程NIOSII是一种32位可配置的软核处理器，支持使用硬件描述语言（HDL）进行快速设计和开发。
下面是一个完整的NIOSII教程，介绍了NIOSII的基本概念和使用方法。
第一部分：NIOSII概述（300字）NIOS II是Altera公司推出的一种可配置软核处理器。
它可以根据需要进行配置，包括选择处理器指令集的大小和功能，以及设置外设和存储器的接口。
NIOS II是基于经典的RISC架构，具有高性能和灵活性。
第二部分：NIOSII的基本构成（300字）NIOSII处理器由五个核心组件组成：指令集体系结构（ISA）、处理器核心、数据存储器、指令存储器和外设接口。
ISA定义了NIOSII支持的指令集，包括整数指令、浮点指令和多媒体指令。
处理器核心执行指令，并且可以执行单周期、多周期或流水线处理。
数据存储器用于存储数据，指令存储器用于存储程序指令。
外设接口用于连接NIOSII处理器和外部设备。
第三部分：NIOSII的配置和开发环境（300字）第四部分：NIOSII的应用场景（300字）NIOSII可用于各种应用场景，包括但不限于嵌入式系统、通信系统、工业自动化和军事应用。
NIOSII的可配置性使得它非常适合于各种需求和资源约束的项目。
NIOSII的性能和可扩展性使得它能够满足高带宽和实时性要求的应用。
此外，NIOSII的软件开发环境也非常成熟和易于使用，可以加快开发过程。
第五部分：NIOSII的优势和挑战（300字）NIOSII相对于其他软核处理器的主要优势在于其可配置性和性能。
NIOSII可以根据需求进行定制，并且可以实现高度优化的硬件和嵌入式软件系统。
然而，NIOSII的可配置性也带来了一些挑战，例如设计复杂性和调试困难。
此外，NIOSII的性能也受限于硬件资源的可用性和设计的质量。
总结（200字）在本教程中，我们介绍了NIOSII的基本概念和使用方法。
NIOSII是一种可配置的软核处理器，支持使用HDL进行快速设计和开发。
nios_ii_入门手册
一、建立quartus ii工程首先，双击quartus ii9.1图标打开软件，界面如下图1.1所示图1.11.1新建工程（1）点击file–>New Project Wizard出现图1.2所示的对话框。
图1.2（2）点击Next。
如图1.3所示：第一行是工程的路径，二、三行为实体名。
填好后点击Next。
图1.3（3）此处可选择加入已设计好的文件到工程，点击Next。
图1.4（4）选择设计器件如图1.5所示。
接着点击Next。
图1.5（5）接着点击Next。
无需改动，点击finish，显示如下图所示。
图1.6（6）此时，工程已经建立完成，接下来需要建立一个原理图输入文件，点击file–>New->Block Diagram/Schematic File后如图1.7所示。
图1.7二、构建一个nios ii软核（1）首先点击Tools->Sopc Builder图2.1在System Name中输入软核的名称，注意：软核的名称不能和quartus工程的实体名相同，否则编译会出现错误，接着点击ok。
图2.2图中clk_0为时钟名称，100.0为时钟值双击可修改其值。
即软核的时钟就是100ＭＨＺ。
（２）建立nios ii处理器点击Ｐrocessors->Nios ii Processor如图2.3所示图2.3点击后，将出现下图，在下图中选择软核的类型。
这里提供了三种类型，Nios II/e占用资源最少600-800LEs，功能也最简单，速度最慢。
Nios II/s占资源比，前者多一些，功能也多了，速度也忚一些Nios II/f占资源最多，功能也最多，速度就最快，用户可根据实际的需要选择不同的类型。
此处选择Nios II/f型，速度和功能都能满足。
下方Reset Vector是复位后启动的Memory类型和偏移量。
待SDRAM设置号以后再来设置此处。
图2.4点击Next，如下图所示，将Data Cache设置为None，即关闭Data Cache。
第四章 Nios II 嵌入式系统开发2
前一页 后一页
外围设备可以抽象为3种通用的设备
• 字符型设备：比如字符终端、串口、鼠标等等 • 块设备：以数据块为单位进行传输的设备，如CF
卡
• 网络设备
支持标准I/O访问方法 通过套接字（socket）来访问
前一页 后一页
4. 使用HAL开发应用程序
1）Nios II IDE 工程结构
用户工程文件夹 HAL系统库文件夹 Nios II设备驱动
一个Nios II IDE工程
前一页 后一页
2）与目标系统相关的system.h系统描述文件
一部分描述系统 库的设置信息；
另一部分给出了 每个外围设备的 相信信息；
System.h文件构成过 程 前一页 后一页
与目标系统相关的system.h系统描述文件
#define UART_NAME "/dev/uart" //UART的设备名称及所在路径，open()等文件操作函数可以通//过 UART_NAME开打一个UART设备 #define UART_TYPE "altera_avalon_uart" //描述了UART内核的类型，应用程序员可不关心 #define UART_BASE 0x00441480 //UART寄存器进行访问 #define UART_IRQ 1 #define UART_BAUD 115200 #define UART_DATA_BITS 8 #define UART_FIXED_BAUD 0 #define UART_PARITY 'N' #define UART_STOP_BITS 1 #define UART_USE_CTS_RTS 0 // UART设备的中断号,系统据此判别中断来自UART设备 // 在系统生成过程中预设的串口波特率 // 描述UART数据帧长度 //波特率是否软件可变的标志 // 是否能奇偶校验 // UART数据包中停止位的宽度 //是否使用CTS和RTS信号 //UART 设备的寄存器基地址，驱动程序可以根据该地址对
第8章 Nios II系统深入设计
8.2 定制Nios II用户指令
定制指令的使用方法
NiosII指令的使用方法一般来说有2种： 1．通过内建(Built-in)函数和宏定义使用； 2．直接使用汇编指令。
8.2 定制Nios II用户指令
定制指令的使用方法
最简单的也最容易使用的是通过内建(Built-in)函数和宏定义使用定制指令。
期可设为232个clk。
3．可以使用微控制器（Nios II）来设置PWM的周期和占空比的值。因此要提供 一个可对PWM寄存器进行读写的接口和控制逻辑。 4．定义寄存器来存储PWM周期和占空比的值。 5．微控制器可以通过控制寄存器的禁止位来关闭PWM输出。
8.1 定制基于Avalon的用户外设
PWM设计说明
8.2 定制Nios II用户指令
Nios II定制指令综述
组合逻辑指令结构框图
多周期指令结构框图
8.2 定制Nios II用户指令
Nios II定制指令综述
多周期指令的时序图
8.2 定制Nios II用户指令
Nios II定制指令综述
扩展指令结构框图
带内部寄存器的乘加指令结构框图
8.2 定制Nios II用户指令
宽度 1 1 1 2 1 32 1 32
方向 input input input input input input input output
描述 同步数据传输与任务逻辑 复位信号，低有效 片选信号 2位地址,只有其中3个译码被使用 写使能信号 32位写数据值 读使能信号 32位读数据值
8.1 定制基于Avalon的用户外设
内建(Built-in)函数的格式如下： _builtin_custom_<返回类型>n<参数类型>
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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
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。
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 新新的领域，带来新 的市场，产生重大的影响。
第1章 目录
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
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
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。
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。
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。
• 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
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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。
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注：IDE（Integrated Development Environment，集成开发环境）
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。