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1、2018/10/25,嵌入式技术概述 SOPC硬件开发环境及硬件开发流程,刘兰军,2018/10/25,2,SOPC设计的主要工作,硬件设计：Quartus、SOPC Builder软件设计：Nios IDE,2018/10/25,3,系统需求分析,SOPC硬件设计流程,系统所需的计算性能、带宽、吞吐量、接口类型以及多线程软件支持等。,创建工程,创建NiosII系统模块,Nios内核和标准外设,用户定制指令与外设,集成NiosII系统模块到工程,自定义功能模块,标准库模块,连接各工功能模块,引脚分配,编译设置,编译工程生成SOF配置文件,下载SOF配置文件到FPGA,若需要，用户可以定制指令和
2、外设逻辑。,在SOPC Builder中添加所需的功能模块（Nios II核、标准外设模块），完成后生成一个系统模块。,SOPC的硬件设计开始均需要建立建立一个工程，Quartus II是以工程的方式对设计过程进行管理。 工程中建立的顶层模块文件.bdf相当于传统电路设计中的电路板（PCB）。,2018/10/25,4,系统需求分析,SOPC硬件设计流程,创建工程,创建NiosII系统模块,Nios内核和标准外设,用户定制指令与外设,集成NiosII系统模块到工程,自定义功能模块,标准库模块,连接各功能模块,引脚分配,编译设置,编译工程生成SOF配置文件,下载SOF配置文件到FPGA,当标准库
3、模块不能满足设计要求时，可设计定制逻辑模块。,Quartus II中包含了大量的Altera公司提供的LPM功能模块，相当于传统设计中除处理器外的逻辑芯片(如74系列),在工程顶层模块中，分别添加SOPC Builder生成的NIOS系统模块、LPM功能模块以及用户自定义功能模块。,将各个功能模块用连线连起来组成系统功能原理图,这两过程类似传统PCB设计中：将所有芯片焊接到电路板上，通过PCB上的连线将各个芯片连接起来，组成电路系统。,2018/10/25,5,系统需求分析,SOPC硬件设计流程,创建工程,创建NiosII系统模块,Nios内核和标准外设,用户定制指令与外设,集成NiosII系
4、统模块到工程,自定义功能模块,标准库模块,连接各功能模块,引脚分配,编译设置,编译工程生成SOF配置文件,下载SOF配置文件到FPGA,为系统选择芯片载体，并为各个I/O信号分配芯片管脚；,设置编译选项，让编译器按照用户设定进行编译；,编译系统生成硬件系统的配置文件*.sof和*.pof。 编译过程包括编译、综合、适配、布线、时序分析等。,将配置文件.sof下载到FPGA,2018/10/25,6,SOPC硬件设计实例,电子钟设计设计要求： 1)在液晶屏上显示日期、时间2)可以设置日期、时间系统所需外围器件： LCD，电子钟显示屏幕按键，电子钟设置功能键Flash，存储软、硬件程序SRAM，程
5、序运行内存SOPC硬件系统模块： Nios II CPU、定时器、按键PIO、LCD控制器、 AVALON三态桥、外部SRAM接口、外部Flash接口JTAG UART、EPCS串行Flash控制器,2018/10/25,7,SOPC硬件设计实例,电子钟设计：1）创建Quartus工程运行 Quartus II 6.0软件，选择: File菜单New Project Wizard, 出现Introduction页面,2018/10/25,8,SOPC硬件设计实例,工程名和顶层实体名必须相同，且为英文,工程目录必须为英文,2018/10/25,9,SOPC硬件设计实例,电子钟设计：1）创建Qua
6、rtus工程工程文件添加页面,2018/10/25,10,SOPC硬件设计实例,电子钟设计：1）创建Quartus工程工程器件选择页面,器件过滤器,2018/10/25,11,SOPC硬件设计实例,电子钟设计：1）创建Quartus工程工程相关EDA工具选择页面,2018/10/25,12,SOPC硬件设计实例,电子钟设计：1）创建Quartus工程工程总体信息说明页面,开发过程中可以通过菜单assignment Settings 对工程配置进行修改,2018/10/25,13,SOPC硬件设计实例,电子钟设计：1）创建Quartus工程工程创建完成页面,工程实体名,2018/10/25,14
7、,SOPC硬件设计实例,电子钟设计：2）创建Nios系统模块2-1）创建顶层实体：在新建的工程窗口中，选择FileNew；在Device Design File选项卡中，选择Block DiagramSchematic File，即原理图文件，单击OK。,2018/10/25,15,SOPC硬件设计实例,电子钟设计：2）创建Nios系统模块2-1）创建顶层实体：选择FileSave As；确定Add to Current Project选项被选中，点击“保存”，文件被保存并被加入到工程中。,2018/10/25,16,SOPC硬件设计实例,电子钟设计：2）创建Nios系统模块2-2）创建Nio
8、s系统模块：启动SOPC Builder，选择ToolsSOPC Builder，出现Create New System对话框。,2018/10/25,17,SOPC硬件设计实例,电子钟设计：2）创建Nios系统模块2-2）创建Nios系统模块,2018/10/25,18,SOPC硬件设计实例,电子钟设计：2）创建Nios系统模块2-2）创建Nios系统模块：在SOPC Builder中，选择FileNew Components，可创建用户自定制组件。,2018/10/25,19,SOPC硬件设计实例,电子钟设计：2）创建Nios系统模块2-2）创建Nios系统模块：在SOPC Builder
9、中，选择FileNew Board Descriptions，新的目标板描述。,2018/10/25,20,SOPC硬件设计实例,电子钟设计：2）创建Nios系统模块2-2）创建Nios系统模块： 1)添加NIOS CPU，Avalon Components 中选择Nios II Processor。,2018/10/25,21,SOPC硬件设计实例,电子钟设计：2）创建Nios系统模块2-2）创建Nios系统模块： 1)添加NIOS CPU，Caches & Tightly Coupled Memories设置。,2018/10/25,22,SOPC硬件设计实例,电子钟设计：2）创建Nios
10、系统模块2-2）创建Nios系统模块：1)添加NIOS CPU， Advanced Features设置。,2018/10/25,23,SOPC硬件设计实例,电子钟设计：2）创建Nios系统模块2-2）创建Nios系统模块： 1)添加NIOS CPU， JTAG Debug Module设置。,2018/10/25,24,SOPC硬件设计实例,电子钟设计：2）创建Nios系统模块2-2）创建Nios系统模块： 1)添加NIOS CPU，Custom Instructions设置。,2018/10/25,25,SOPC硬件设计实例,电子钟设计：2）创建Nios系统模块2-2）创建Nios系统模块
11、： 1)完成NIOS CPU的添加。,2018/10/25,26,SOPC硬件设计实例,电子钟设计：2）创建Nios系统模块2-2）创建Nios系统模块：其他IP模块的添加。定时器PIO（按键）LCD控制器Avalon三态总线桥：External SRAM Bus、External Flash Bus External SRAM interfaceExternal Flash InterfaceJTAG UART,2018/10/25,27,SOPC硬件设计实例,电子钟设计：2）创建Nios系统模块2-2）创建Nios系统模块： 2)定时器的添加，在Avalon components中的oth
12、er库中选择Interval Timer。,2018/10/25,28,SOPC硬件设计实例,电子钟设计：2）创建Nios系统模块2-2）创建Nios系统模块： 3) PIO（按键）的添加，在Avalon components中的other库中选择PIO 。,2018/10/25,29,SOPC硬件设计实例,电子钟设计：2）创建Nios系统模块2-2）创建Nios系统模块： 4) LCD控制器的添加，在Avalon components中的display库中选择Character LCD(162, Optrex 16027) 。,2018/10/25,30,SOPC硬件设计实例,电子钟设计：2
13、）创建Nios系统模块2-2）创建Nios系统模块： 5) Avalon三态总线桥的添加，在Avalon components中的Bridge库中选择Avalon Tri-State Bridge 。,2018/10/25,31,SOPC硬件设计实例,电子钟设计：2）创建Nios系统模块2-2）创建Nios系统模块： 6)外部SRAM接口的添加，在Avalon components中的Memory库中选择Cypress CY7C1380C SSRAM 。,2018/10/25,32,SOPC硬件设计实例,电子钟设计：2）创建Nios系统模块2-2）创建Nios系统模块： 7)外部FLASH接口
14、（按键）的添加，在Avalon components中的Memory库中选择Flash Memory（Common Flash Interface） 。,2018/10/25,33,SOPC硬件设计实例,电子钟设计：2）创建Nios系统模块2-2）创建Nios系统模块： 8) JTAG UART的添加，在Avalon components中的communication库中选择JTAG UART 。,2018/10/25,34,SOPC硬件设计实例,电子钟设计：2）创建Nios系统模块2-2）创建Nios系统模块： 9) Nios系统的连接。外部SRAM接口与SRAM三态桥的连接、外部Flash
15、接口与Flash三态桥连接，其他IP的连接都是系统自动完成的。,2018/10/25,35,SOPC硬件设计实例,电子钟设计：2）创建Nios系统模块2-3）分配系统各IP模块的地址和中断号,2018/10/25,36,SOPC硬件设计实例,电子钟设计：2）创建Nios系统模块2-4）配置Nios系统,Boot loader 存储器,异常向量表存储器,包含JTAG DEBUG模块时显示，不可修改,2018/10/25,37,SOPC硬件设计实例,电子钟设计：2）创建Nios系统模块2-5）生成Nios系统,2018/10/25,38,SOPC硬件设计实例,电子钟设计：2）创建Nios系统模块2
16、-6）添加Nios系统模块到工程,2018/10/25,39,SOPC硬件设计实例,电子钟设计：2）创建Nios系统模块2-7）利用ALTERA提供Mega库添加锁相环2-8）添加系统的I/O端口,2018/10/25,40,SOPC硬件设计实例,电子钟设计：2）创建Nios系统模块2-7）利用Mega库添加锁相环PLL点击ToolsMegaWizard Plug-In Manager,2018/10/25,41,SOPC硬件设计实例,电子钟设计：2）创建Nios系统模块2-7）利用Mega库添加锁相环PLL,2018/10/25,42,SOPC硬件设计实例,电子钟设计：2）创建Nios系统模块2-7）利用Mega库添加锁相环PLL,2018/10/25,43,SOPC硬件设计实例,电子钟设计：2）创建Nios系统模块2-7）利用Mega库添加锁相环PLL,
