第節(jié)SOPC設(shè)計(jì)流程及支持NiosII的FPGA

1、Quartus ModelSim DSP HardCopy（ 1）在采用 NIOS II 處理器設(shè)計(jì)嵌入式系統(tǒng)時(shí)，一般遵循如下的流程：1. 分析系統(tǒng)需求說(shuō)明，包括功能需求和性能要求等；2. 建立 Quartus II 工程，建立頂層實(shí)體；3.調(diào)用 SOPC Builder 生成一個(gè)用戶定制的系統(tǒng)模塊（包括NIOS II 及標(biāo)準(zhǔn)外設(shè)模塊）；4.將 SOPC系統(tǒng)模塊集成到硬件工程中，并添加一些模塊，可以是Altera 公司提供 的 LPM模塊、第三方提供的或用戶自己定制的模塊；5. 在頂層實(shí)體中，將 SOPC系統(tǒng)模塊、 Altera 的 LPM或用戶自定義的模塊連接起來(lái)；6.分配引腳和編譯工程，編

2、譯生成系統(tǒng)的硬件配置文件.sof和 .pof文件；7. 下載工程，驗(yàn)證，將配置文件下載到開發(fā)板上進(jìn)行驗(yàn)證；8.9.10.軟件開發(fā)，開發(fā)可以使用IDE 開發(fā)環(huán)境，也可以使用SDK Shell ；編譯軟件工程，生成可執(zhí)行文件.elf;調(diào)試程序，將硬件配置文件下載到開發(fā)板，將可執(zhí)行文件下載到RAM，直到軟硬件協(xié)同工作。在上面的過(guò)程中，用到的軟件有Quartus II、Nios II SDK shell或Nios II IDE、 ModelSim等，如果進(jìn)行DSP的開發(fā)，還會(huì)用到Matlab和DSPBuilder。Quartus II用來(lái)建立硬件的系統(tǒng)，其中包括SOPC Builder工具， SOPC

3、 Builder用來(lái)建立SOPC系統(tǒng)模塊， Quartus II支持多種設(shè)計(jì)方式，如原理圖，硬件描述語(yǔ)言等，硬件描述語(yǔ)言的方式支持VHDL和 Verilog。軟件開發(fā)使用Nios II SDK shell或 Nios II IDE，IDE 開發(fā)環(huán)境采用圖形化的開發(fā)環(huán)境，使用方便直觀。而SDK shell采用命令窗口的方式進(jìn)行程序的調(diào)試。過(guò)渡，用戶可以在ModelSim 是DSP BuilderMatlab 的HDL編譯仿真軟件，用于對(duì)設(shè)計(jì)的硬件系統(tǒng)進(jìn)行RTL 級(jí)的仿真。是 Altera公司推出的數(shù)字信號(hào)處理開發(fā)軟件，用來(lái)實(shí)現(xiàn)算法和硬件實(shí)現(xiàn)的無(wú)縫Simulink中完成算法模型的仿真、驗(yàn)證，然后通

4、過(guò)SignalCompiler將模型文件轉(zhuǎn)換成硬件描述語(yǔ)言的文件（ 2）支持Nios II的FPGACycloneStratix和和Cyclone II Stratix II系列系列HardCopy 器件HardCopy IIHardCopy StratixHardCopy 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 、0.13m及全銅 SRAM工藝，CycloneFPGA2910 20060LE288KRAM CycloneFPGA是低成本，Cyclone系列FPGA是成本敏感大批量應(yīng)用的最

5、佳方案。如果需要進(jìn)一步進(jìn)行系統(tǒng)集成，可以考慮密度更高的Cyclone II FPGA和 Cyclone III FPGA。這些 Cyclone 新系列鞏固了Altera在大批量、低成本應(yīng)用方案中上的領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)。Cyclone FPGA 是目前 ASIC 應(yīng)用的低成本替代方案。利用其系統(tǒng)級(jí)集成功能，CycloneFPGA系列避免了ASIC 昂貴的NRE負(fù)擔(dān)，降低了訂購(gòu)量和產(chǎn)品推遲帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)。采用Cyclone FPGA系列的可編程解決方案，用戶的大批量應(yīng)用現(xiàn)在價(jià)格與ASIC 相比是相當(dāng)?shù)?。Cyclone系列 FPGA的價(jià)格和功能滿足了市場(chǎng)對(duì)創(chuàng)新的需求，通過(guò)產(chǎn)品迅速面市來(lái)確定領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)。消費(fèi)類、通信、

6、計(jì)算機(jī)外設(shè)、工業(yè)和汽車等低成本大批量應(yīng)用市場(chǎng)都可以使用Cyclone FPGA 。Cyclone II是Altera公司在第一代Cyclone系列的基礎(chǔ)上開發(fā)的第二代FPGA系列器件。采用了全銅層90nm低 k絕緣工藝，1.2V SRAM 工藝設(shè)計(jì)。Cyclone II具有很高的性能和極低的功耗，而價(jià)格和ASIC 相當(dāng)。它的應(yīng)用領(lǐng)域和Cyclone系列相似，是對(duì)成本敏感的應(yīng)用的大批量的產(chǎn)品解決方案，是消費(fèi)類、通信、計(jì)算機(jī)外設(shè)、工業(yè)和汽車、視頻處理等終端市場(chǎng)解決方案的理想選擇。戶可以單獨(dú)使用Cyclone II Cyclone II為在 FPGA上實(shí)現(xiàn)低成本的數(shù)字信號(hào)處理（DSP）系統(tǒng)提供了一個(gè)

7、理想的平臺(tái)，用或者作為數(shù)字信號(hào)處理（DSP）協(xié)處理器使用。Cyclone II器件含有經(jīng)過(guò)優(yōu)化的多種 DSP特性，由 Altera全面的 DSP流程提供支持。Cyclone II DSP多達(dá) 150 個(gè)的支持包括：18×18 乘法器；1.1M 位的片內(nèi)嵌入式存儲(chǔ)器；外部存儲(chǔ)器高速接口；DSP IP內(nèi)核。Cyclone II 器件的容量為專用外部存儲(chǔ)器接口電路（最高速率可達(dá)4608 68416 個(gè)邏輯單元（LE），提供了嵌入式668Mb/s）、 4K 位嵌入式存儲(chǔ)器塊、最多為418×18 位乘法器、個(gè)的增強(qiáng)型鎖相環(huán)等等。Stratix和Stratix II系列規(guī)模高端FPGA

8、，于（ LE）、具有多達(dá)Stratix FPGA是 Altera的第一代Stratix2002 年推出，采用0.13m的工藝， 1.5V7M位的 RAM。 Stratix器件具有多達(dá)22 個(gè)系列器件。 Stratix系列器件是Altera公司的大內(nèi)核供電，容量為10570 79040 個(gè)邏輯單元DSP塊和多達(dá)176 個(gè) 9×9位嵌入式乘法器，同時(shí)器件還具有多種高性能的I/O接口、層次時(shí)鐘結(jié)構(gòu)和多達(dá)12 個(gè)鎖相環(huán)。第一代Stratix FPGA依然是軍用和航空航天領(lǐng)域所選用的FPGA，在這些應(yīng)用中需要較寬的工作溫度范圍。Stratix II和Stratix III器件由于采用了創(chuàng)新性的

9、邏輯結(jié)構(gòu)，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與 Stratix相比，運(yùn)行速度提高倍，而成本更低。Stratix III器件是功耗最低、性能最好的FPGA 。50%，邏輯容量提高了一Stratix II器件于 2005 年推出，在Stratix架構(gòu)的基礎(chǔ)上，做了一些適合與90nm工藝的改進(jìn)，采用1.2V 、 90nm、 9 層金屬走線、全銅SRAM工藝制造。在Stratix基礎(chǔ)上增加了新的特性：采用了全新的邏輯結(jié)構(gòu)自適應(yīng)邏輯模塊（ALM）；增加了源同步通道的動(dòng)態(tài)相位校準(zhǔn)（PDA）電路和對(duì)新的外設(shè)存儲(chǔ)器接口的支持；采用了128 位 AES密鑰對(duì)

10、配置文件進(jìn)行加密。Stratix IIFPGA采用等效邏輯單元（LE）高達(dá)179400 個(gè)，嵌入式存儲(chǔ)器達(dá)到9M位，最大可用管腳數(shù)達(dá)到1173 個(gè)，高度優(yōu)化的數(shù)字信號(hào)處理模塊中18×18位嵌入式乘法器數(shù)量達(dá)到384 個(gè)。HardCopy器件HardCopy就是利用原有的FPGA開發(fā)工具，將成功實(shí)現(xiàn)于FPGA器件上的SOPC系統(tǒng)通過(guò)特定的技術(shù)直接向ASIC 轉(zhuǎn)化，從而克服傳統(tǒng)ASIC 設(shè)計(jì)中普遍存在的問(wèn)題如：開發(fā)周期長(zhǎng)、產(chǎn)品上市慢、一次性成功率低、有最少投片量要求、設(shè)計(jì)軟件工具繁多且昂貴、開發(fā)流程復(fù)雜等。HardCopy II體系結(jié)構(gòu)建立在被稱為Hcell的精細(xì)粒度晶體管陣列上。Hce

11、ll支持從FPGA的無(wú)縫移植，具有ASIC 技術(shù)那樣的密度、成本、性能和功耗優(yōu)勢(shì)。HardCopy II結(jié)構(gòu)化ASIC 具有獨(dú)特的FPGA前端設(shè)計(jì)方法，實(shí)現(xiàn)了業(yè)界風(fēng)險(xiǎn)最低、產(chǎn)品面市最快的解決方案。采用Stratix? II FPGA對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行測(cè)試，然后，為低成本、功能等價(jià)、引腳兼容的HardCopy II器件。最新進(jìn)展Altera的 HardCopy 設(shè)計(jì)中心將設(shè)計(jì)無(wú)縫移植Altera率先推出40nm工藝的FPGA， Straitix IV和HardCopy IV超越了ASIC 的平均密度。1,360個(gè)18性能和功耗都有很大改善，高密度，具有x18 乘法器。680K邏輯單元(LE)、 22.4 Mbits嵌入式存儲(chǔ)器和Stratix IV比市場(chǎng)上的其他高端FPGA 功耗低 50。Stratix IV FPGA和使用無(wú)縫原型開發(fā)，HardCopy IV ASIC收益最快的解決方案。的資料HardCopy? IV A