Nios系统中Avalon从外设（PWM）的设计和研究
发布时间：2020-07-15 07:36
【摘要】： Nios处理器是一种在单芯片上的CPU,其外围集成了存储器和外部设备。其特点类似微控制器或单片机。 但与固定式微控制器不同,Nios处理器是一种可配置的软核处理器,“可配置”意味着其构建的系统,其性能或功能可以根据用户要求进行增减以满足性能或价格的要求。“软核”则意味CPU的核心是以软件设计的形式提供,并可下载到Altera公司的FPGA可编程芯片中,而不是传统的、不可修改的硅芯片形式。换句话说,Altera公司从不出售Nios芯片,Altera公司只出售空的FPGA芯片。由用户对软件形式的Nios处理器代码以及外部设备进行修改和配置,最终符合特定要求,然后再将系统下载到Altera公司的FPGA芯片中。 Altera公司提供了一套用于Nios处理器的通用外部设备,例如时钟、串行接口、通用I/O口、SDRAM控制器和其他存储器接口。设计人员也可以创建自定义的外部设备并将其集成到Nios处理器系统中。对于一个要求CPU执行某些特定代码的性能要求很高的系统,通常可以创建一个具有类似功能的自定义外部设备的硬件来取代这部分软件。由于硬件的工作速度远远超过软件的工作速度,这将使系统的性能大幅度提高,而且在自定义的外部设备处理数据时,还可以让CPU有更多时间去处理其他任务。 本文以Nios嵌入式软核为基础平台,以PWM的设计为例,介绍用户自定义的基于Avalon的从外设元件的设计方法和过程。重点论述了Avalon总线的一些基本特性,以及如何设计从外设的底层硬件和软件驱动程序,并提供了外设的API接口函数,在此基础上编写了用户的高层控制程序。该设计在FPGA上完成并得到正确结果。对嵌入式系统开发和基于IP核的设计有一定指导意义。
【学位授予单位】：昆明理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：TP332
【图文】：
昆明理工大学硕士学位论文图2一 1Stratix器件结构图2.2在SopC中使用Nios软核处理器在SoC中，往往需要集成了一个甚至若干个处理器，包括RISC处理器、DSP处理器以及某些专门应用设计的专用指令集处理器。这些处理器是SoC的一个重要组成部分。处理器和SoC的其余部分融合在一起，共同构成一个完整的系统。因此，将集成在SoC上的处理器称为嵌入式处理器。长期以来，计算机系统结构的主流是复杂指令集计算机(CISC)，如x一86的处理器。然而，随着微电子技术和计算机技术的发展，CISC计算机日益暴露出一些难以克服的缺点。因此，SOC中使用的嵌入式处理器主要是RISC处理器。这是因为l、ClsC指令众多，但常用的指令比例很少，一些复杂的指令花费的设计长，设计困难，占用的芯片面积大
指令集架构兼容所有的Niosn处理器系统;性能超过150DMIPS;图3一1[3]是一个采用Nios处理器的电子系统框图。J稍GO)111.倒以1协翻翻拍阳由加如.r公级行脚RXO娜旅未火娜脚以铆和口砚脚用节晰价幼劝咖吐叨，州畸、姗卜}仆州竺馨簿兰蕊图3一1采用Nins处理器的电子系统框图由上图可知:采用Nios嵌入式处理器的电子系统分为片内设备和片外设备。片内设备指在FPGA内部的电路设计(即做在FPGA中的电路)，包括Nins处理器核心、Avalon总线、片内存储器和一些Avalon总线的从外设。片内设备由Altera公司提供的 SOPCBullde:开发工具自动生成，再加上部分用户自行设计的描述文件一起由QuartUsll软件综合，综合后生成的代码下载到FPGA中，就构成系统的硬件基础。片外设备指LCD显示器、按钮、LED显示器、以太网接口、CF卡和扩展存储器等做在FPGA外的电路。用户根据硬件基础和外设的情况编写C或C++代码，驱动这些外设，实现整个系统的功能。J
护 护---一_丫 丫丫 〕护一丫铭 铭铭劝户匆O山口目 目---.戈 戈戈 戈戈O日.肠，.， ，、 、 、、 、、、、、、、、、、图3一 2Nios处理器核心Nins处理器是一种采用流水线技术、单指令流的32位或16位的租SC处理器(32位或16位可由用户自定义)，并针对Altera的可编程器件和片上可编程系统的设计思想进行相应的优化。如图3一2所示，Nios处理器内部包含寄存器文件 (Registerfile)、算术逻辑单元 (Anthmeticlogieunit)、用户自定义指令逻辑接口(hte血 eetoeustom instruetionlogie)、外部中断和外部异常控制器(Inten’ Upteontroller&ExeePtioneontroller)、指令总线和数据总线(Ins加 etionbus&Databus)、指令和数据缓存 (InstrUetionanddataeaehememories)、用于指令和数据的紧藕合存储器接口(Tightlyeo即 ledmemo砂 interfaeesforinstruetionsanddata)和JTAG调试模块 (JTAGdebugmodule)。以上各部分都是通过Avalon交换结构总线相互连接的。3.2可配i的软核处理器的概念Nios处理器是一种可配置的软核处理器，而以往使用的如ARM处理器(ARM也有提供软核处理器)、8051处理器和桌面计算机用的处理器等则是不
本文编号：2756186
【学位授予单位】：昆明理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：TP332
【图文】：
昆明理工大学硕士学位论文图2一 1Stratix器件结构图2.2在SopC中使用Nios软核处理器在SoC中，往往需要集成了一个甚至若干个处理器，包括RISC处理器、DSP处理器以及某些专门应用设计的专用指令集处理器。这些处理器是SoC的一个重要组成部分。处理器和SoC的其余部分融合在一起，共同构成一个完整的系统。因此，将集成在SoC上的处理器称为嵌入式处理器。长期以来，计算机系统结构的主流是复杂指令集计算机(CISC)，如x一86的处理器。然而，随着微电子技术和计算机技术的发展，CISC计算机日益暴露出一些难以克服的缺点。因此，SOC中使用的嵌入式处理器主要是RISC处理器。这是因为l、ClsC指令众多，但常用的指令比例很少，一些复杂的指令花费的设计长，设计困难，占用的芯片面积大
指令集架构兼容所有的Niosn处理器系统;性能超过150DMIPS;图3一1[3]是一个采用Nios处理器的电子系统框图。J稍GO)111.倒以1协翻翻拍阳由加如.r公级行脚RXO娜旅未火娜脚以铆和口砚脚用节晰价幼劝咖吐叨，州畸、姗卜}仆州竺馨簿兰蕊图3一1采用Nins处理器的电子系统框图由上图可知:采用Nios嵌入式处理器的电子系统分为片内设备和片外设备。片内设备指在FPGA内部的电路设计(即做在FPGA中的电路)，包括Nins处理器核心、Avalon总线、片内存储器和一些Avalon总线的从外设。片内设备由Altera公司提供的 SOPCBullde:开发工具自动生成，再加上部分用户自行设计的描述文件一起由QuartUsll软件综合，综合后生成的代码下载到FPGA中，就构成系统的硬件基础。片外设备指LCD显示器、按钮、LED显示器、以太网接口、CF卡和扩展存储器等做在FPGA外的电路。用户根据硬件基础和外设的情况编写C或C++代码，驱动这些外设，实现整个系统的功能。J
护 护---一_丫 丫丫 〕护一丫铭 铭铭劝户匆O山口目 目---.戈 戈戈 戈戈O日.肠，.， ，、 、 、、 、、、、、、、、、、图3一 2Nios处理器核心Nins处理器是一种采用流水线技术、单指令流的32位或16位的租SC处理器(32位或16位可由用户自定义)，并针对Altera的可编程器件和片上可编程系统的设计思想进行相应的优化。如图3一2所示，Nios处理器内部包含寄存器文件 (Registerfile)、算术逻辑单元 (Anthmeticlogieunit)、用户自定义指令逻辑接口(hte血 eetoeustom instruetionlogie)、外部中断和外部异常控制器(Inten’ Upteontroller&ExeePtioneontroller)、指令总线和数据总线(Ins加 etionbus&Databus)、指令和数据缓存 (InstrUetionanddataeaehememories)、用于指令和数据的紧藕合存储器接口(Tightlyeo即 ledmemo砂 interfaeesforinstruetionsanddata)和JTAG调试模块 (JTAGdebugmodule)。以上各部分都是通过Avalon交换结构总线相互连接的。3.2可配i的软核处理器的概念Nios处理器是一种可配置的软核处理器，而以往使用的如ARM处理器(ARM也有提供软核处理器)、8051处理器和桌面计算机用的处理器等则是不
【引证文献】
相关硕士学位论文 前2条
1 张颖;基于SOPC的电力电子控制技术研究[D];华北电力大学（河北）;2010年
2 崔丙寅;基于FPGA的导航计算机设计[D];哈尔滨工程大学;2011年
本文编号：2756186
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