Altera SOPC嵌入式系统设计教程资料免费下载

　　SOPC（System On Programmable Chip，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。它将处理器、存储器、I/O 口、LVDS、CDR 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。

　　现今，可将 SOPC 视为是基于 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，也有多种途径可构成 SOPC 方案。

　　基于 FPGA 嵌入 IP 硬核的 SOPC 系统是指在 FPGA 中预先植入处理器。目前最常用的嵌入式处理器大多是采用含有 ARM32 位知识产权处理器核的器件。为了达到通用性，必须为常规的嵌入式处理器集成诸多通用和专用的接口，但这样无疑会增加芯片的成本和功耗。 如果将 ARM 或其他处理器核以硬核方式植入 FPGA 中，利用 FPGA 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，高效地实现 SOPC 系统。

　　将 IP 硬核直接植入 FPGA 的解决方案存在以下不足：

　　（1）由于此类硬核多来自第三方公司，FPGA 厂商通常无法直接控制其知识产权费用，从而导致 FPGA 器件价格相对偏高。

　　（2）由于硬核是预先植入的，设计者无法根据实际需要改变处理器的结构，如总线规模、 接口方式、指令形式，更不可能将 FPGA 逻辑资源构成的硬件模块以指令的形式嵌入硬件加速模块（如 DSP）。

　　3）无法根据实际设计需要在同一 FPGA 中集成多个处理器。

　　（4）无法根据需要裁剪处理器硬件资源以降低 FPGA 成本。

　　（5）只能在特定的 FGPA 中使用硬核嵌入式处理器。

　　如果利用软核处理器，就能有效地弥补上述不足。目前最有代表性的软核处理器分别是 Altera 公司的 Nios II 核，以及 Xilinx 公司的 MicroBlaze 核。特别是 Nios II 核，能很好的解决上述五方面问题。

　　Altera 的 Nios II 核是用户可随意配置和构建的 32 位嵌入式处理器 IP 核，釆用 Avalon 总线结构通信接口；包含由 First Silicon Solution（FS2）开发的基于 JTAG 的片内设备（OCI） 内核（这为开发者提供了强大的调试功能）。在把 Nios II 植入 FPGA 前，用户可以根据设计要求，利用 Quartus II 和 Qsys，对 Nios II 及其外围设备进行构建，使该嵌入式系统在硬件结构、功能特点、资源占用等方面全面满足用户系统设计的要求。Nios II 核在同一 FPGA 中的植入数量没有限制，只要 FPGA 资源足够即可。

　　另外，在开发工具的完备性方面，Nios II 具有很大的优势。Altera 不仅提供了强大的 HAL 系统库支持，还提供了嵌入式操作系统和 TCP/IP 协议栈的支持。就成本而言，由于 Nios II 是由 Altera 公司直接提供而非第三方厂商产品，故用户通常无须支付知识产权费用，Nios II 的使用费用仅仅是其占用的 FPGA 逻辑资源的费用。因此，用户选用的 FPGA 越便宜，则 Nios II 的使用费就越低。特别值得一提的是，通过 Matlab 和 DSP Builder，用户可以为 Nios II 处理器设计各类硬件数字处理器，并以指令的形式加入 Nios II 的指令集。例如，用户可以根据设计项目的具体要求，随心所欲地构建自己的 DSP 处理器系统，而不必拘泥于其他 DSP 公司已上市的有限款式的 DSP 处理器。