FPGA学习之嵌入式硬件系统（SOPC）概述（软硬件设计）

FPGA学习之嵌入式硬件系统（SOPC）概述（软硬件设计）

首先我们知道FPGA可以实现充当完整微处理器的逻辑，并且提供许多灵活性选项。下图体现出FPGA器件为何是现场可编辑门阵列器件。

为了使基于FPGA的嵌入式系统能够充当微处理器的系统，那么我们就必须要学习NIOS II （SOPC）系统设计，而且在设计之时系统应包括以下内容，这是因为微处理器和FPGA之间的区别就是FPGA上电时不包含任何逻辑（基于SDRAM工艺所致），我们需要系统运行之前来配置FPGA处理器。

（1）JTAG接口支持FPGA配置以及硬件和软件调试

（2）上电FPGA配置机制

那什么是FPGA嵌入式系统呢？

简单的说，就是在FPGA器件内部放置了一个或多个CPU。

FPGA本身是硬件处理，放置在FPGA内部的CPU就需要软件处理，这样建立的系统就可以协调软硬件之间的联系。

而且这样的系统是可以裁剪的。

那么SOPC和SOC区别是什么呢？P代表了什么？

一字之差竟是两种不同的模式，而这个可编程性“P”的灵活性有以下两方面：

（1）CPU本身可修改

• CPU规模：三种模式，经济型，标准型和快速型。
• 频率：默认50MHz，可提高或降低
• MMU------Yes/No
• Cache-------iCache指令缓存，dCache数据缓存
• 指令。复杂的数据处理用一条指令完成，起到加速作用

（2）自定义总线的外设

但是在今天的发展中ARM系列编程好像更加吃香，在实际工业应用中NIOS II系统似乎要被淘汰了

下图是NIOS II系统通用设计流程

由上图流程展示可知在平台中定义和生成系统包含两个方面：一个是硬件设计流程和软件设计流程。而且两个流程所需要的资源是完全不同的，硬件设计需要NIOS II核和标准组件来实现的，软件设计就需要单间用户指令和周边设备系统软件。

下图是NIOS II 系统硬件设计流程

由上图可知在平台设计NIOS II系统硬件时，需要使用NIOS II核和标准组件，可以看出即SOPC系统设计中标准组件即IP核必不可少，而且quartus软件自带基础常用的一些ip核，目录结构如下图，可以看出在组件库里包含如PIO，Bridges等ip核，也有用户自定义的user分组的ip核。具体ip核如何使用及如何自定义ip核将在后期学习记录。

在上述硬件设计流程中还看出我们需要对系统进行时钟约束，而且这一步是必不可少的，因此在对NIOS II系统设计时我们会开始进入时钟约束这一单元学习，因为在之前的Verilog语法实现的简单系统，时钟约束可有可无，显得不怎么重要，但是在NIOS II硬件系统中时钟约束是系统成败的关键所在，关系整个NIOS II系统能否正常运行。

由于NIOS II系统软件开发流程涉及到C或C++编程语言，个人对此不太熟练，因此在后期开发过程中，只会涉及到对NIOS II系统软件的介绍，比如如何调用接口，Avalon总线上的静态和动态地址该如何寻找？不会介绍如何进行软件具体设计。