多處理器系統(tǒng)中Nios II軟核處理器啟動方案的設(shè)計

1、多處理器系統(tǒng)中nios ii軟核處理器啟動方案的設(shè)計nios ii 處理器是公司設(shè)計的一款基于的32位risc軟核處理器，具有32位命令集、數(shù)據(jù)通路及地址空間，是其可編程系統(tǒng)芯片（sopc）的核心。nios ii系統(tǒng)采納altera公司設(shè)計的一套avalon交換結(jié)構(gòu)，avalon總線上的全部信號都與系統(tǒng)時鐘同步且地址、數(shù)據(jù)和控制信號用法自立的端口；支持各種傳輸方式；采納從端口仲裁機制，對于有多個主設(shè)備的系統(tǒng)可以提高系統(tǒng)的吞吐量。采納基于fpga 的nios ii軟核處理器很簡單在嵌入式系統(tǒng)設(shè)計中實現(xiàn)多處理器系統(tǒng)。在這樣的多處理器系統(tǒng)中，普通外部處理器做主處理器，nios ii處理器為從處理器，

2、兩個處理器有共用的存儲器可以舉行數(shù)據(jù)交互。本文將通過對nios ii系統(tǒng)啟動的討論設(shè)計一計劃，用外部處理器配置fpga,加載程序代碼到nios ii系統(tǒng)中的程序存儲器中，終于完成nios ii系統(tǒng)的啟動。在多處理器系統(tǒng)的啟動計劃在多處理器系統(tǒng)中，為了降低成本，可以省去nios ii的一個非易失性存儲器外設(shè)，如flash、eprom等，nios ii處理器通過avalon交換結(jié)構(gòu)銜接易失性存儲器，一個外部主處理器及一些須要的接口外設(shè)。因此延遲nios ii的啟動是須要的，解決方法是在nios ii系統(tǒng)中設(shè)計一啟動延遲模塊，把此模塊的基址設(shè)為nios ii的復(fù)位地址。通過此模塊，nios ii處理

3、器上電復(fù)位后啟動被延遲，直到數(shù)據(jù)被傳輸完畢，外部處理器通過啟動延遲模塊向nios ii發(fā)送一個可以開頭進入程序存儲器的命令，然后跳轉(zhuǎn)到程序存儲器開頭執(zhí)行，完成后續(xù)的設(shè)備初始化及應(yīng)用程序的執(zhí)行。外部處理器通過時序轉(zhuǎn)接橋銜接在avalon交換結(jié)構(gòu)上和nios ii處理器共同構(gòu)成的一個雙處理器系統(tǒng)1所示。黑色箭頭表示nios ii啟動延遲模塊是通過avalon交換結(jié)構(gòu)銜接的。圖1 多處理器系統(tǒng)的啟動計劃結(jié)構(gòu)啟動計劃的硬件設(shè)計啟動延遲模塊2所示，它有兩個從端口s1、s2：s1一端銜接在啟動延遲模塊中的rom單元上，另一端通過avalon總線銜接在nios ii處理器的命令主端口；s2一端銜接在啟動延遲

4、模塊的控制寄存器上，另一端通過avalon總線銜接在外部處理器和nios ii處理器的數(shù)據(jù)主端口。圖2中箭頭的方向表示數(shù)據(jù)的流向。圖2 nios ii啟動模塊的硬件結(jié)構(gòu)在此需做兩點解釋：* 在啟動延遲模塊中有兩個寄存器，這兩個寄存器定義如下：解釋：控制寄存器1用于存放niosii程序存儲器中_start程序的入口地址?？刂萍拇嫫?中跳轉(zhuǎn)標記位（31_1位保留） 。這兩個寄存器值由外部處理器來寫入，其中偏移量為0的寄存器存放nios ii程序存儲器中_start程序的入口地址，此值由外部處理器寫入；偏移量為1的寄存器只用了第0位，其它位保留，當(dāng)外部處理器配置好nios ii處理器系統(tǒng)后，會向此寄

5、存器的第0位寫入1，否則保持為0。* rom中的數(shù)據(jù)是外部處理器在配置fpga的時候?qū)懭氲模虼酥灰猣pga配置完成后，啟動代碼就存放進rom中了。rom的大小要按照啟動程序代碼的大小來打算，設(shè)計中應(yīng)盡可能降低這段程序的代碼存儲量。下邊是用 硬件描述語言編寫的啟動延遲模塊的硬件代碼的主體框架結(jié)構(gòu)：/ 讀端口（）：boot_rom the_boot_rom(.clock (s1_clk), file:/s1_clk為來自avalon總線模塊上的s1端口的時鐘信號.aclr (s1_reset), file:/s1_reset為來自avalon總線模塊上的s1端口的復(fù)位信號.q (s1_readd

6、ata), file:/s1_readdata為流向avalon總線模塊的s1端口的32位數(shù)據(jù).address (s1_address)file:/s1_address為來自于avalon總線模塊的s1端口的地址);file:/控制寄存器讀寫端口（s2）：control_register the control_register(.clk (s2_clk),file:/s2_clk為來自avalon總線模塊上的s2端口的時鐘信號.reset (s2_reset), file:/s2_reset為來自avalon總線模塊上的s2端口的復(fù)位信號.read (s2_read), file:/s2_r

7、ead為來自avalon總線模塊上的s2端口的讀使能信號.write (s2_write), file:/s2_write為來自avalon總線模塊上的s2端口的寫使能信號.schipselect (s2_chipselect), file:/s2_chipselect為來自avalon總線模塊上的s2端口的片選信號.address (s2_address), file:/s2_address為來自avalon總線模塊上的s2端口的地址.readdata (s_readdata), file:/s2_chipselect為流向avalon總線模塊上的s2端口的32位讀數(shù)據(jù).writedata

8、(s2_writedata) file:/s2_writedata為來自avalon總線模塊上的s2端口的32位寫數(shù)據(jù));啟動計劃的軟件設(shè)計啟動計劃的軟件設(shè)計目標是當(dāng)系統(tǒng)復(fù)位后，在外部處理器向nios ii程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器傳輸數(shù)據(jù)的過程中，nios ii處理器運行要受到外部處理器的控制。當(dāng)一切就緒后，外部處理器發(fā)出一條釋放nios ii處理器的指令，接下來nios ii處理器就可以正常運行了。軟件部分主要就是存放在啟動延遲模塊中rom的代碼，此代碼主要是檢測啟動延遲模塊中控制寄存器2的第0位是否為1。若為1，則跳轉(zhuǎn)到控制寄存器1中所存儲的地址處執(zhí)行。若設(shè)控制寄存器的基址為control_reg_base，為了削減代碼量，這段代碼簡單用nios ii的匯編命令來實現(xiàn)，代碼部分在此從略。最后本計劃在我們自己設(shè)計的一塊開發(fā)板上經(jīng)過測試，能夠正確完成nios ii 處理器的啟動。結(jié)語采納多處理器的系統(tǒng)雖然可以提高系統(tǒng)的性能，但傳統(tǒng)的多處理器系統(tǒng)普通只