SOPC复习纲要

一、基础题型

1、SOPC设计流程分为哪些基本步骤？

1 设计准备：方案论证、系统设计、器件选择等

2 设计输入：图形、文本、存储器、波形等Top-Down 3 设计编译：分析与综合、适配、编程、时序分析 4 设计仿真：功能仿真、时序仿真

5 器件编程：将设计处理的编程数据文件载入到PLD中 6 硬件测试：在开发系统中对设计的系统进行测试 2、软核、硬核、固核、IP概念与区别？

软核（Soft IP Core） 以HDL文本形式提交给用户，已经过RTL级设计优化和功能验证，但其中不含任何具体的物理信息。常用的CPU软核：Altera的Nios、Nios II

固核（Firm IP Core） 介于软核和硬核之间，除了完成软核所有的设计外，还完成了门级电路综合和时序仿真等设计环节。 硬核（Hard IP Core） 基于半导体工艺的物理设计，已有固定的拓扑布局和具体工艺，并已通过工艺验证，具有可保证的性能。常用的CPU硬核：ARM、MIPS、PowerPC、Intel x86、Motorola68000等。

集成电路IP：经过预先设计、预先验证、符合产业设计规范和设计标准，并具有相对独立且可以重复利用的电路模块或子系统，如CPU、运算器、放大器、存储器等。在支持SOPC设计的EDA工具软件中包含IP库。

3、简述支持SOPC技术的EDA工具软件的种类及特点？ Quartus II: 是Altera公司的第四代可编程逻辑器件集成开发环境，提供了SOPC设计的综合开发环境，是SOPC设计基础，将设计、综合、布局、仿真验证和编程下载及第三方EDA工具集成在一个无缝的环境中，可以进行系统级设计、嵌入式系统设计和可编程器件设计。提供从设计输入到器件编程的全部功能。 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。

Nios II IDE（集成开发环境） 是Nios II系列嵌入式处理器的基本软件开发工具。采用菜单界面方式开发与调试C/C++应用程序，提供多C/C++种应用程序模板和相应的头文件。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。 直观、使用方便，编译与运行速度较慢。

Nios II SDK Shell（软件开发包） 采用输入命令进行编译检查、运行、调试C/C++应用程序。不够直观，但是编译检查、运行和调试速度较快。

Modelsim:Modelsim ： 是一种快速又方便的HDL编译仿真工具。具有强大的数字和模拟仿真功能，在设计、仿真、测试和调试开发过程中，有一整套工具可供使用，而且操作灵活。Quartus II界面直接使用Modelsim对生成的HDL代码进行编辑、编译和功能仿真（不能编辑输入波形，需要编写测试程序完成初始化与输入）。 Modelsim不能指定器件、不能编程下载。

DSP Builder: Altera公司的数字信号处理开发工具，设计者可以Matlab软件中完成算法设计。在Simulink完成系统集成后，通过Signal Compiler模块生成在Quartus II软件中可以使用的测试文件（用于仿真检查）和硬件描述语言文件（用于编程下载）。 DSP Builder用途和特点: Altera公司的数字信号处理开发工具，设计者可以Matlab软件中完成算法设计。在Simulink完成系统集成后，通过Signal Compiler模块生成在Quartus II软件中可以使用的测试文件（用于仿真检查）和硬件描述语言文件（用于编程下载）。

4、简述DSP Builder 的用途和特点？

用途：帮助开发者完成基于FPGA的DSP设计，自动完成大部分的设计工程和仿真，直至把设计文件下载至FPGA中。特点：应用灵活，成本低，但在速度上比用硬件实现的DSP要慢很多。

5、试说明 Nios 2 的 IDE 和 SDK调试方式的区别？ Nios II系统有两种调试方式：IDE和SDK

IDE调试方式面向对象，通过直观的软件界面上的菜单、按钮完成各种操作； SDK调试方式面向过程，通过执行各种命令完成程序的调试与运行。 6、简述 HAL 的用途及基于HAL的外围设备的编程方法? HAL的作用 HAL（硬件抽象层）为与硬件进行通信的程序提供简单的设备驱动接口。HAL的应用程序接口（API）是与ANSI C标准库综合在一起的，使用户可以用类似C语言的库函数访问硬件设备或文件。HAL作为支持Nios II处理器系统的软件包，为用户的嵌入式系统上的外围设备提供了与之相匹配的接口程序。

基于HAL的外围设备的编程方法 （1）标准输入(stdin)、标准输出(stdout)和标准错误(stderr)

这三个函数是最简单的控制I/O设备的方法。HAL系统库在后台管理stdin，stdout，stderr函数，它可以使用户通过相关通道发送和接收字符。用户可以通过在Nios II IDE中设置系统库的属性给每个通道分配一个具体的硬件设备，使用标准输入、标准输出和标准错误函数来控制外围设备。 （2）字符模式设备的通用访问方法（打开文件与写文件方式）除了用 stdin、stdout、stderr函数之外，字符模式设备还可以通过打开和写文件的方式进行访问。 7、试说明用户自定义IP核的步骤？

1编写IP文件 2 ip文件配置 3设置ip search目录 4添加ip 8、简述基于 Nios II与HAL的SOPC 系统软硬件开发步骤？

Nios II的硬件开发 1、在QuartusⅡ中新建一个工程 2、用SOPC Builder建立一个新的SOPC硬件系统 3、加入Nios II系统组件 4、调整SDRAM地址 5、CPU设置与系统生成 6、建立顶层设计文件生成Nios II硬件系统 7、引脚锁定 软件开发：1、新建软件工程 2、编译工程 3、调试工程 4、运行工程 9、SOPC Builder的组件库中通常有哪些成员？ 答：提供了三个成员供选择：

①NiosⅡ/e(经济型)成员，具有占用最小逻辑的优化，占用600～700逻辑元件。 ②NiosⅡ/f(快速型)成员，具有高性能的优化，占用1400～1800逻辑元件。

③NiosⅡ/s(标准型)成员，在占用逻辑和高性能优化方面的性能居中，占用1200～1400逻辑件。

基本的SOPC系统大致可以分为FPGA、存储器、外围元件三个部分。FPGA部分的核心是Nios CPU CORE（CPU核），设计工作主要在FPGA部分进行。

CPU核 JTAG UART（JTAG通用异步通信总线） UART（通过串口与计算机通信） PIO口 Avalon三态总线桥（用于CPU与SRAM等器件相连） 片外SRAM Timer定时器 LCD液晶显示器 Flash存储器（用于掉电时保存信息） Flash控制器 SDRAM控制器 系统标识System ID组件（只读组件） 10、试说明引脚锁定的作用和方法？

作用： 用户需要进行引脚分配，使得编译器能把用户设计中的信号分配到目标器件上的特定引脚上。 方法： (1)采用导入引脚锁定文件的方法 Assignment——>Import Assignments，导入以.CSV为后缀的引脚锁定文件。此方法要求顶层设计图管脚名称与锁定文件一致。 （2）采用Assignments->Pins或Pin Planner工具。

Assignment——>Pins/Pin Planner/Assignment Editor中进行编辑设置 （3）编辑引脚锁定文件，再导入的方式。（当分配的引脚的数量比较多使用方便） File->New->Other Files->Tcl Script File

文件格式和内容如下：#Setup.tcl #Setup pin setting

[例5.1]编写C/C++程序，让DE2开发板上的18只红色发光二极管LEDR17~LEDR0依次向左移位发光。LEDR18.c

#include \int alt_main(void) {

int i,data; data=0x01;

for(i=0;i<18;i++) {

IOWR (LED_RED_BASE，0，data); data<<=1 usleep(100000); } }

count_binary.h LED18.c及其他程序所需头文件 #include “alt_types.h” #include #include #include “sysytem.h” #include “sys/alt_irq.h”

#include “altera_avalon_pio_regs.h”

[例5.2]编写C/C++程序，让DE2开发板上的9只绿色发光二极管LEDG8~LEDG0依次向右移位发光。LEDG9.c

#include \int alt_main(void) {

int i,data; data=0x100;

for(i=0;i<9;i++) {

IOWR (LED_GREEN_BASE，0，data); data>>=1 usleep(100000); } }

[例5.3]编写C/C++程序，让DE2开发板上的8只七段数码管HEX7-HEX0 以两屏显示sum的数据。HEX7.c

#include \int alt_main(void) {

int sum; while(1) {

sum=0x20060101;

IOWR (SEG7_DISPLAY_BASE，0，sum); usleep(100000); sum=0x00235959;

IOWR (SEG7_DISPLAY_BASE，0，sum); usleep(100000); } }

[例5.4]编写C/C++程序，用key变量读取DE2开发板上18只电平开关SW上的数据，并用七段数码管显示读出的数据。SW18.c

#include \int alt_main(void) {

int key;

key=IORD (SWITCH_PIO_BASE，0); IOWR (SEG7_DISPLAY_BASE，0，key); }

[例5.5]编写C/C++程序，让DE2开发板上的18只红色发光二极管LEDR17-LEDR0依次向左移位或依次向右移位发光，用按钮KEY0控制移位方向。button_1.c #include \int alt_main(void) {

int i, key, data; while(1) {

key=IORD(BUTTON_PIO_BASE, 0); if ( key & 0x01) {

data=0x01;

for ( i=0; i<18; i++)

{ IOWR (LED_RED_BASE，0，data ); data<<1;

usleep(100000); } } else {

data=0x020000;

for ( i=0; i<18; i++)

{ IOWR (LED_RED_BASE，0，data ); data>>1;

usleep(100000); } } } }

[例5.7]编写一个秒显示程序，利用usleep()函数实现1秒定时，定时结束后让秒计数器second加1,然后在DE2开发板的七段数码管上显示计数的结果。timer_1.c #include \int alt_main(void) {

int second;

usleep(1000000); second++;

IOWR (SEG7_DISPLAY_BASE，0，second); }