第4节 SOPC设计流程及支持Nios II的FPGA

1、Quartus ModelSim DSP HardCopy （1）在采用NIOS II处理器设计嵌入式系统时，一般遵循如下的流程：         1.分析系统需求说明，包括功能需求和性能要求等；         2. 建立Quartus II工程，建立顶层实体；         3. 调用SOPC Builder生成一个用户定制的系统模块（包括NIOS II及标准外

2、设模块）；         4. 将SOPC系统模块集成到硬件工程中，并添加一些模块，可以是Altera公司提供 的LPM模块、第三方提供的或用户自己定制的模块；         5. 在顶层实体中，将SOPC系统模块、Altera的LPM或用户自定义的模块连接起来；         6. 分配引脚和编译工程，编译生成系统的硬件配置文件.sof和.pof文件

3、；         7. 下载工程，验证，将配置文件下载到开发板上进行验证；         8. 软件开发，开发可以使用IDE开发环境，也可以使用SDK Shell；         9. 编译软件工程，生成可执行文件.elf;         10. 调试程序，将硬件配置文件

4、下载到开发板，将可执行文件下载到RAM，直到软硬件协同工作。         在上面的过程中，用到的软件有Quartus II、Nios II SDK shell或Nios II IDE、ModelSim等，如果进行DSP的开发，还会用到Matlab和DSPBuilder。 Quartus II用来建立硬件的系统，其中包括SOPC Builder工具，SOPC Builder用来建立SOPC系统模块，Quartus II支持多种设计方式，如原理图，硬件描述语言等，硬件描述语言的方式支持VHDL和Verilog。 软

5、件开发使用Nios II SDK shell或Nios II IDE，IDE开发环境采用图形化的开发环境，使用方便直观。而SDK shell采用命令窗口的方式进行程序的调试。         ModelSim是HDL编译仿真软件，用于对设计的硬件系统进行RTL级的仿真。         DSP Builder是Altera公司推出的数字信号处理开发软件，用来实现算法和硬件实现的无缝过渡，用户可以在Matlab的Simulink中完成算法模型的仿真、验证，然

6、后通过SignalCompiler将模型文件转换成硬件描述语言的文件 （2）支持Nios II的FPGA        Cyclone和Cyclone II系列         Stratix和Stratix II系列         HardCopy器件         HardCopy II   

7、;      HardCopy Stratix         HardCopy APEX三代 Cyclone和Cyclone II系列        Cyclone 于2002年12月份推出。Cyclone系列器件基于1.5V、0.13mm及全铜SRAM工艺，Cyclone系列FPGA容量为291020060个逻辑单元（LE），拥有288K位的RAM。Cyclone系列FPGA的最大特点是低成本，Cycl

8、one系列FPGA是成本敏感大批量应用的最佳方案。 如果需要进一步进行系统集成，可以考虑密度更高的Cyclone II FPGA和Cyclone III FPGA。这些Cyclone新系列巩固了Altera在大批量、低成本应用方案中上的领先优势。Cyclone FPGA是目前ASIC应用的低成本替代方案。利用其系统级集成功能，Cyclone FPGA系列避免了ASIC昂贵的NRE负担，降低了订购量和产品推迟带来的风险。采用Cyclone FPGA系列的可编程解决方案，用户的大批量应用现在价格与ASIC相比是相当的。       

9、60; Cyclone系列FPGA的价格和功能满足了市场对创新的需求，通过产品迅速面市来确定领先优势。消费类、通信、计算机外设、工业和汽车等低成本大批量应用市场都可以使用Cyclone FPGA。         Cyclone II是Altera公司在第一代Cyclone系列的基础上开发的第二代FPGA系列器件。采用了全铜层90nm低k绝缘工艺，1.2V SRAM工艺设计。 Cyclone II具有很高的性能和极低的功耗，而价格和ASIC相当。它的应用领域和Cyclone系列相似，是对成本敏感的应用的大批量的产品解决方案，

10、是消费类、通信、计算机外设、工业和汽车、视频处理等终端市场解决方案的理想选择。         Cyclone II为在FPGA上实现低成本的数字信号处理（DSP）系统提供了一个理想的平台，用户可以单独使用Cyclone II或者作为数字信号处理（DSP）协处理器使用。Cyclone II器件含有经过优化的多种DSP特性，由Altera全面的DSP流程提供支持。         Cyclone II DSP支持包括：    &

11、#160;    多达150个的18×18乘法器；         1.1M位的片内嵌入式存储器；         外部存储器高速接口；         DSP IP内核。         Cyclone II器件的容量为460868416个逻辑单元（LE），提供了嵌入式18&#

12、215;18位乘法器、专用外部存储器接口电路（最高速率可达668Mb/s）、4K位嵌入式存储器块、最多为4个的增强型锁相环等等。  Stratix和Stratix II系列          Stratix FPGA是Altera的第一代Stratix系列器件。Stratix系列器件是Altera公司的大规模高端FPGA，于2002年推出，采用0.13mm的工艺，1.5V内核供电，容量为1057079040个逻辑单元（LE）、具有多达7M位的RAM。Stratix器件具有多达22个DSP块和多达176个9

13、×9位嵌入式乘法器，同时器件还具有多种高性能的I/O接口、层次时钟结构和多达12个锁相环。第一代Stratix FPGA依然是军用和航空航天领域所选用的FPGA，在这些应用中需要较宽的工作温度范围。         Stratix II和Stratix III器件由于采用了创新性的逻辑结构， 不但具有前代Stratix器件的所有特性，而且功耗更低、性能更好 。Stratix II与Stratix相比，运行速度提高50%，逻辑容量提高了一倍，而成本更低。Stratix III器件是功耗最低、性能最好的 FPGA 。

14、        Stratix II器件于2005年推出，在Stratix架构的基础上，做了一些适合与90nm工艺的改进，采用1.2V、90nm、9层金属走线、全铜SRAM工艺制造。在Stratix基础上增加了新的特性：采用了全新的逻辑结构自适应逻辑模块（ALM）；增加了源同步通道的动态相位校准（PDA）电路和对新的外设存储器接口的支持；采用了128位AES密钥对配置文件进行加密。         Stratix IIFPGA采用等效逻辑单元（LE）高达1

15、79400个，嵌入式存储器达到9M位，最大可用管脚数达到1173个，高度优化的数字信号处理模块中18×18位嵌入式乘法器数量达到384个。  HardCopy器件        HardCopy就是利用原有的FPGA开发工具，将成功实现于FPGA器件上的SOPC系统通过特定的技术直接向ASIC转化，从而克服传统ASIC设计中普遍存在的问题如：开发周期长、产品上市慢、一次性成功率低、有最少投片量要求、设计软件工具繁多且昂贵、开发流程复杂等。HardCopy II体系结构建立在被称为Hcell的精细粒度晶体管

16、阵列上。Hcell支持从FPGA的无缝移植，具有ASIC技术那样的密度、成本、性能和功耗优势。         HardCopy II结构化ASIC具有独特的FPGA前端设计方法，实现了业界风险最低、产品面市最快的解决方案。采用Stratix® II FPGA对设计进行测试，然后，Altera的HardCopy设计中心将设计无缝移植为低成本、功能等价、引脚兼容的HardCopy II器件。 最新进展        Altera率先推出40nm工艺

17、的FPGA，Straitix IV和HardCopy IV超越了ASIC的平均密度。         性能和功耗都有很大改善，高密度，具有 680K 逻辑单元 (LE)、22.4 Mbits 嵌入式存储器和 1,360 个 18 x 18 乘法器。         Stratix IV比市场上的其他高端 FPGA 功耗低 50 。         Stratix IV

18、 FPGA 和 HardCopy® IV ASIC 相结合，同时具备了 FPGA 的优势和 ASIC 的优势。使用无缝原型开发，HardCopy IV ASIC 为满足您的定制逻辑需求提供风险最低、总成本最低、产品面市最快、收益最快的解决方案。 A的资料         -NIos II软件开发手册         -Nios II处理器参考手册         -教程         -应用笔记         A上的Nios II 处理器设计实例