SOPC復(fù)習(xí)資料

1、SOPC復(fù)習(xí)資料1. 什么是SOC？什么是SOPC？兩者有何區(qū)別？System on Chip的縮寫，指在單片上集成系統(tǒng)級多元化的大規(guī)模功能塊，從而構(gòu)成一個(gè)能夠處理各種信息的集成系統(tǒng)。System-on-a-Programmable-Chip，即可編程片上系統(tǒng)。 用可編程邏輯技術(shù)把整個(gè)系統(tǒng)放到一塊硅片上，稱作SOPC。可編程片上系統(tǒng)（SOPC）是片上系統(tǒng)（SOC）的一種，即由單個(gè)芯片完成整個(gè)系統(tǒng)的主要邏輯功能；其特點(diǎn)在與，它是可編程系統(tǒng)，具有靈活的設(shè)計(jì)方式，可裁減、可擴(kuò)充、可升級，并具備軟硬件可編程的功能。2. 什么是IC,ASIC,SOC,SOPC?IC，即集成電路是采用半導(dǎo)體制作工藝，在一

2、塊較小的單晶硅片上制作上許多晶體管及電阻器、電容器等元器件，并按照多層布線或遂道布線的方法將元器件組合成完整的電子電路。ASIC是Application Specific Integrated Circuit的英文縮寫，在集成電路界被認(rèn)為是一種為專門目的而設(shè)計(jì)的集成電路。一般說來, SoC稱為系統(tǒng)級芯片,也有稱片上系統(tǒng),意指它是一個(gè)產(chǎn)品,是一個(gè)有專用目標(biāo)的集成電路,其中包含完整系統(tǒng)并有嵌入軟件的全部內(nèi)容。System-on-a-Programmable-Chip，即可編程片上系統(tǒng)。 用可編程邏輯技術(shù)把整個(gè)系統(tǒng)放到一塊硅片上，稱作SOPC。可編程片上系統(tǒng)（SOPC）是一種特殊的嵌入式系統(tǒng)：首先它

3、是片上系統(tǒng)（SOC），即由單個(gè)芯片完成整個(gè)系統(tǒng)的主要邏輯功能；其次，它是可編程系統(tǒng)，具有靈活的設(shè)計(jì)方式，可裁減、可擴(kuò)充、可升級，并具備軟硬件在系統(tǒng)可編程的功能。3. SOPC和ARM、DSP各有什么特點(diǎn)？ARM處理器是目前應(yīng)用較廣的典型32位RISC處理器，和另外兩種處理器相比，其特點(diǎn)在于集成功能模塊多、在系統(tǒng)中的控制能力強(qiáng)，產(chǎn)品線豐富、開發(fā)工具成熟。DSP處理器轉(zhuǎn)為數(shù)字信號處理而設(shè)計(jì)，在芯片的硬件設(shè)計(jì)中已經(jīng)加入了對數(shù)字信號常用算法的支持和優(yōu)化，相對ARM處理器，其控制功能較差。SOPC是在FPGA基礎(chǔ)上構(gòu)建的微控制器，各種性能和功能和ARM處理器基本類似，但由于構(gòu)建于FPGA，因此還可以通過

4、定制指令的方式為處理器配置專用的硬件加速器，從而在不同時(shí)間內(nèi)針對不同的處理目標(biāo)，向FPGA配置相應(yīng)的硬件模塊。4. 簡述Nios II 軟核CPU與普通CPU的比較優(yōu)勢？Nios II系列支持使用專用指令。專用指令是用戶增加的硬件模塊，它增加了算術(shù)邏輯單元（ALU）。用戶能為系統(tǒng)中使用的每個(gè)Nios II處理器創(chuàng)建多達(dá)256個(gè)專用指令，這使得設(shè)計(jì)者能夠細(xì)致地調(diào)整系統(tǒng)硬件以滿足性能目標(biāo)。同時(shí)，Nios II系列支持60多個(gè)外設(shè)選項(xiàng)，開發(fā)者能夠選擇合適的外設(shè)，獲得最合適的處理器、外設(shè)和接口組合，而不必支付根本不使用的芯片功能。5. Avalon總線與普通總線相比有更高的數(shù)據(jù)吞吐量，特別在多CPU系

5、統(tǒng)中。為什么Avalon總線會有更好的性能？Avalon總線支持多個(gè)總線主外設(shè)，允許單個(gè)總線事務(wù)中在外設(shè)之間傳輸多個(gè)數(shù)據(jù)單元。Avalon主從之間的交換是建立端口仲裁技術(shù)上的:當(dāng)多個(gè)主外設(shè)同時(shí)要求訪問一個(gè)端口時(shí)，從端口仲裁決定哪一個(gè)主外設(shè)取得訪問權(quán)。從端口仲裁具有以下兩個(gè)優(yōu)點(diǎn):（1）仲裁的細(xì)節(jié)被封裝在Avalon總線內(nèi)部。因而，主從外設(shè)的接口是一致的，與總線的主從外設(shè)的數(shù)量無關(guān)。每個(gè)主外設(shè)到總線的接口都與總線上是否還有其他主外設(shè)無關(guān)；（2）多個(gè)主外設(shè)只要不是在同一總線周期訪問同一個(gè)從端口，便可同時(shí)執(zhí)行多個(gè)總線傳輸；6. 什么是片內(nèi)外設(shè)？什么是片外外設(shè)？這兩類外設(shè)的主要區(qū)別是什么？片內(nèi)、外設(shè)是兩

6、個(gè)概念，片內(nèi)指做成芯片的集成電路內(nèi)部，簡稱片內(nèi)；外設(shè)是外部設(shè)備的簡稱，是指集成電路芯片外部的設(shè)備。集成電路芯片與外部設(shè)備的連接一般需要專門的接口電路和總線的連接（包括控制總線路、地址總線和數(shù)據(jù)總線等）。 由于大規(guī)模集成電路的技術(shù)發(fā)展得很快，現(xiàn)在許多芯片在制造時(shí)已經(jīng)能夠?qū)⒉糠纸涌陔娐泛涂偩€集成到芯片內(nèi)部。對于這部分電路與傳統(tǒng)的接口電路和總線是有區(qū)別的，為了加于區(qū)別可以稱之為片內(nèi)外設(shè)，其含義是在集成電路芯片內(nèi)部集成的用于與外部設(shè)備連接的接口電路和總線。 簡單的說，“片內(nèi)外設(shè)”是芯片內(nèi)部用于與外部設(shè)備連接的接口電路和總線。 片外外設(shè)則被設(shè)計(jì)在芯片之外，作為單獨(dú)的一個(gè)接口設(shè)備，通過總線方式或I/O口與

7、處理器進(jìn)行連接。7. 片內(nèi)外設(shè)通常采用寄存器的方式進(jìn)行操作，在下表中的功能描述一欄填入PIO寄存器功能。PIO寄存器定義表寄存器名稱功能描述DataRead記錄了PIO輸入引腳上的當(dāng)前數(shù)據(jù)值Write向PIO口輸出的數(shù)據(jù)值Direction用于設(shè)置PIO端口方向interruptmask中斷掩碼，使能每位的中斷請求edgecapture邊沿捕獲寄存器8. Avalon總線具有哪兩種接口類型，說明其特點(diǎn)Avalon總線接口可分為兩類Slave和MasterSlave是一個(gè)從接口，而Master是主控接口，區(qū)別在與對總線的控制，Master接口具有對總線的控制權(quán)，而Slave是被動的。9. 在ma

8、in函數(shù)中編寫代碼，實(shí)現(xiàn)8個(gè)LED燈依次循環(huán)閃爍（跑馬燈）。（8個(gè)LED燈連接到IO口08，延時(shí)功能可調(diào)用函數(shù)usleep( )實(shí)現(xiàn) ）typedef struct unsigned long int DATA; unsigned long int DIRECTION; unsigned long int INTERRUPT_MASK; unsigned long int EDGE_CAPTURE;PIO_STR;#define LED (PIO_STR*)LED_BASE)Int main() Unsigned int loop,test; LED- DIRECTION |= 0xff;fo

9、r(loop=0;loop8;loop+) test = (1DATA = test; usleep( ) 10. 簡述操作系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)任務(wù)調(diào)度的兩種典型方法及實(shí)現(xiàn)原理，uC/OS使用哪種方法進(jìn)行任務(wù)調(diào)度？第一種為優(yōu)先級調(diào)度，首先為每個(gè)任務(wù)或進(jìn)程指定優(yōu)先級，操作系統(tǒng)根據(jù)優(yōu)先級的高低，來決定處理各程序的先后次序。如果即將被運(yùn)行的進(jìn)程的優(yōu)先級比正在運(yùn)行的進(jìn)程的優(yōu)先級高，則系統(tǒng)可以強(qiáng)行剝奪正在運(yùn)行的進(jìn)程的CPU，讓優(yōu)先級高的進(jìn)程先運(yùn)行。第二種為時(shí)間片輪轉(zhuǎn)，每個(gè)進(jìn)程被分配一個(gè)時(shí)間段，稱作它的時(shí)間片，即該進(jìn)程允許運(yùn)行的時(shí)間。如果在時(shí)間片結(jié)束時(shí)進(jìn)程還在運(yùn)行，則CPU將被剝奪并分配給另一個(gè)進(jìn)程。如果進(jìn)程在時(shí)間片

10、結(jié)束前阻塞或結(jié)束，則CPU當(dāng)即進(jìn)行切換。uC/OS采用第一種方式進(jìn)行任務(wù)調(diào)度。11. 32位RISC處理器具有哪些典型特點(diǎn)？（1） 功能簡單，數(shù)量有限的指令系統(tǒng)；（2） 采用大量的寄存器，使大部分指令操作都在寄存器之間進(jìn)行，提高了處理速度（3） 通過優(yōu)化指令流水線提高性能12. 簡述FPGA、ARM、DSP處理器各自特點(diǎn)及應(yīng)用領(lǐng)域？ARM處理器是目前應(yīng)用較廣的典型32位RISC處理器，和另外兩種處理器相比，其特點(diǎn)在于集成功能模塊多、在系統(tǒng)中的控制能力強(qiáng)，產(chǎn)品線豐富、開發(fā)工具成熟。DSP處理器轉(zhuǎn)為數(shù)字信號處理而設(shè)計(jì)，在芯片的硬件設(shè)計(jì)中已經(jīng)加入了對數(shù)字信號常用算法的支持和優(yōu)化，相對ARM處理器，其

11、控制功能較差。FPGA（FieldProgrammable Gate Array），即現(xiàn)場可編程門陣列，它是作為專用集成電路（ASIC）領(lǐng)域中的一種半定制電路而出現(xiàn)的，既解決了定制電路的不足，又克服了原有可編程器件門電路數(shù)有限的缺點(diǎn)。塊。系統(tǒng)設(shè)計(jì)師可以根據(jù)需要通過可編輯的連接把FPGA內(nèi)部的邏輯塊連接起來，就好像一個(gè)電路試驗(yàn)板被放在了一個(gè)芯片里。一個(gè)出廠后的成品FPGA的邏輯塊和連接可以按照設(shè)計(jì)者而改變，所以FPGA可以完成所需要的邏輯功能。13. 簡述Nios II 軟核CPU與普通CPU的比較優(yōu)勢？Nios II系列支持使用專用指令。專用指令是用戶增加的硬件模塊，它增加了算術(shù)邏輯單元（AL

12、U）。用戶能為系統(tǒng)中使用的每個(gè)Nios II處理器創(chuàng)建多達(dá)256個(gè)專用指令，這使得設(shè)計(jì)者能夠細(xì)致地調(diào)整系統(tǒng)硬件以滿足性能目標(biāo)。同時(shí)，Nios II系列支持60多個(gè)外設(shè)選項(xiàng)，開發(fā)者能夠選擇合適的外設(shè)，獲得最合適的處理器、外設(shè)和接口組合，而不必支付根本不使用的芯片功能。14. Avalon總線與普通總線相比有更高的數(shù)據(jù)吞吐量，特別在多CPU系統(tǒng)中。為什么Avalon總線會有更好的性能？（8分）Avalon總線支持多個(gè)總線主外設(shè)，允許單個(gè)總線事務(wù)中在外設(shè)之間傳輸多個(gè)數(shù)據(jù)單元。Avalon主從之間的交換是建立端口仲裁技術(shù)上的:當(dāng)多個(gè)主外設(shè)同時(shí)要求訪問一個(gè)端口時(shí)，從端口仲裁決定哪一個(gè)主外設(shè)取得訪問權(quán)。從

13、端口仲裁具有以下兩個(gè)優(yōu)點(diǎn):（1）仲裁的細(xì)節(jié)被封裝在Avalon總線內(nèi)部。因而，主從外設(shè)的接口是一致的，與總線的主從外設(shè)的數(shù)量無關(guān)。每個(gè)主外設(shè)到總線的接口都與總線上是否還有其他主外設(shè)無關(guān)；（2）多個(gè)主外設(shè)只要不是在同一總線周期訪問同一個(gè)從端口，便可同時(shí)執(zhí)行多個(gè)總線傳輸；15. 簡述在NIOS中進(jìn)行中斷編程的三個(gè)步驟？一般分為一下3個(gè)步驟（1） 定義中斷服務(wù)子程序（2） 安裝中斷服務(wù)子程序，使用系統(tǒng)函數(shù)將編寫好的中斷服務(wù)子程序入口地址安裝到系統(tǒng)的中斷向量表中（3） 使能中斷，設(shè)置相關(guān)的中斷控制寄存器，中斷屏蔽寄存器等，使能中斷。16. 片內(nèi)外設(shè)通常采用寄存器的方式進(jìn)行操作，在下表中的功能描述一欄填

14、入PIO寄存器功能。PIO寄存器定義表寄存器名稱功能描述DataRead記錄了PIO輸入引腳上的當(dāng)前數(shù)據(jù)值Write向PIO口輸出的數(shù)據(jù)值Direction用于設(shè)置PIO端口方向interruptmask中斷掩碼，使能每位的中斷請求edgecapture邊沿捕獲寄存器17. Avalon總線具有哪兩種接口類型，說明其特點(diǎn)Avalon總線接口可分為兩類Slave和MasterSlave是一個(gè)從接口，而Master是主控接口，區(qū)別在與對總線的控制，Master接口具有對總線的控制權(quán)，而Slave是被動的。18. 在main函數(shù)中編寫代碼，實(shí)現(xiàn)8個(gè)LED燈依次循環(huán)閃爍（跑馬燈）。（8個(gè)LED燈連接到

15、IO口08，延時(shí)功能可調(diào)用函數(shù)usleep( )實(shí)現(xiàn) ）typedef struct unsigned long int DATA; unsigned long int DIRECTION; unsigned long int INTERRUPT_MASK; unsigned long int EDGE_CAPTURE;PIO_STR;#define LED (PIO_STR*)LED_BASE)Int main() Unsigned int loop,test; for(loop=0;loop8;loop+) test = (1DATA = test; usleep( ) 19. 舉出3種常

16、見的嵌入式操作系統(tǒng)，說明其特點(diǎn)。Windows CE ,為桌面WINDOWS的嵌入式版本，其特點(diǎn)為開發(fā)工具完善，平臺兼容性強(qiáng)，軟件資源豐富，開發(fā)速度較快，缺點(diǎn)在于內(nèi)核需要付費(fèi)使用，對硬件資源消耗也較大嵌入式LINUX，其中包含了RT-LINUX uClinux等不同版本，具有免費(fèi)、開源、完整的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧支持等優(yōu)點(diǎn)，但開發(fā)工具還不完善，配套軟件支持相對較差，兼容性較差uC/OS相對來說是一個(gè)輕量級的操作系統(tǒng)，僅具有基本的任務(wù)調(diào)度等功能，無文件系統(tǒng)、無網(wǎng)絡(luò)協(xié)議等配套軟件，對硬件要求低，同時(shí)也具有開源、免費(fèi)等優(yōu)點(diǎn)。20. 簡述uC/OS操作系統(tǒng)任務(wù)調(diào)度的基本原理？任務(wù)優(yōu)先級分配的基本原則是什么？uC/OS采用基于優(yōu)先級的任務(wù)調(diào)度方式，首先為每個(gè)任務(wù)或進(jìn)程指定優(yōu)先級，操作系統(tǒng)根據(jù)優(yōu)先級的高低，來決定處理各程序的先后次序。如果即將被運(yùn)行的進(jìn)程的優(yōu)先級比正在運(yùn)行的進(jìn)程的優(yōu)先級高，則系統(tǒng)可以強(qiáng)行剝奪正在運(yùn)行的進(jìn)程的CPU，讓優(yōu)先級高的進(jìn)程先運(yùn)行。優(yōu)先級分配時(shí)，通常將占用CPU時(shí)間最長的任務(wù)分配較低的優(yōu)先級，將需要及時(shí)處理，并且占用時(shí)間不長的