SOPC系统设计案例分析

简介：
本书通过多个实例深入剖析了SOPC（可编程片上系统）的设计方法与技术应用，旨在帮助读者掌握其开发流程及优化策略。 在DE2平台上使用SOPC（System on a Programmable Chip）系统设计技术实现一个计数器实例。首先，在该平台建立硬件部分的SOPC系统，包括NIos IIs嵌入式处理器、存储器、JTAG UART通信接口、定时器以及ID模块，并添加一个自定义组件来控制DE2平台上七段数码管显示。 进行此类设计时需要遵循一定的步骤： 1. **创建工程**：这是开始的必要部分，为整个项目提供必要的结构。 2. **编写顶层设计文件**：作为系统整体框架的一部分，它将包含所有的子模块和接口连接信息。 3. 使用SOPC Builder工具：这是一个集成环境，用于构建嵌入式处理器系统，并能够添加各种硬件组件如处理器、内存等。 4. **配置Nios II处理器**：这是可定制的RISC架构，负责执行程序代码及控制外部设备。 5. **设置片上存储器**：这为系统的运行提供了必要的数据和指令存储空间。 6. **集成JTAG UART接口**：它用于调试与通信，通过连接线缆实现PC机上的交互操作。 7. **添加定时器模块**：此功能单元支持时间相关的任务执行如周期性的中断请求或计时服务等。 8. **设计自定义组件**：为了控制DE2板上七段数码管的显示效果，需要开发一个特定控制器来驱动这些硬件设备的工作状态变化。 接下来是配置阶段： 9. 为每个模块分配唯一的基地址空间以确保处理器正确访问各个部分的功能。 10. 引入System ID模块提供系统唯一标识符用于身份验证和识别工作环境的信息需求。 11. 使用SOPC Builder工具生成硬件描述语言（HDL）代码及配置文件，这是实现设计的关键步骤之一。 随后是综合与测试阶段： 12. 在顶层设计中实例化Nios II处理器以确保其与其他组件的正确连接关系。 13. 进行引脚分配操作将系统资源映射到DE2平台的实际物理端口上。 14. 使用Quartus II工具完成设计的编译、适配和布局布线等流程，生成比特流文件并下载至FPGA设备中进行验证。 对于自定义组件的设计部分，可能需要编写硬件描述语言（如VHDL或Verilog）代码来实现七段数码管控制器的功能。这包括编码器、译码器以及驱动电路的逻辑设计工作。同时还需要开发软件程序以使Nios II处理器能够与定制部件进行通信，并控制计数值在显示设备上的呈现。 实际应用中，可以通过编写C语言程序让NIos II处理器实现计数值更新功能，比如通过中断机制或者定时器事件来调整数码管的显示内容。这可能涉及初始化寄存器、设定计数模式及范围等操作步骤。 SOPC系统设计实例是一个集硬件与软件于一体的综合性项目，它帮助我们理解如何在FPGA平台上构建完整的嵌入式解决方案，并掌握相应的工具和技术。