第二章SOPC硬件开发环境及硬件开发流程实例

基于FPGA的SOPC设计

信息学院·李贞妮二○一三年五月

第二章SOPC开发流程及 Quartus II的使用

2.1 SOPC开发流程和开发工具 SOPC设计包括硬件和软件两部分。– 硬件设计：主要基于Quartus II和SOPC Builder。 – 软件设计：基于Nios II IDE。

在进行SOPC开发之前，首先必 须确定系统的需求，如应用系统 每个开发过程开始时都应建立 需求的计算性能、需要的带宽和 一个工程，Quartus II是以工程 吞吐量、需求的接口类型以及是 的方式对设计过程进行管理。在 否需求多线程的软件等。 工程中建立顶层模块文件 .bdf 相 当于传统电路设计中的 电路板 NiosII内核 &标准外设 (PCB)。 在 SOPC Builder 中添加需要的功能 模块(Nios II及其 标准外设模块), 完成后生成一个系 统模块。集成SOPC生 成的系统到 Quartus II工程

分析系统需求

建立Quartus II工程， 建立顶层图*.bdf

打开SOPC Builder 定义和生成系统

定制指令&定 制外设逻辑

自定义的 功能模块

Altera的 LPM模块

硬件抽象层 (HAL)&外设 驱动程序

使用Nios II IDE开发软件

用户C/C++应 用程序代码 和定制的库

如果需要，用 户可以定制指 令和外设逻辑。

连接各 功能模块

设置软件运行 硬件环境属性

选择FPGA型号 并进行管脚分配

编译软件 生成可执 行文件elf 在IDE中使用 ISS运行/调试 软件

进行编译 选项设置

编译硬件系统 生成配置文件sof 在目标板上 下载可执行 软件到 Nios II系统

下载配置文件到 FPGA器件

使用IDE编程工具 烧写配置文件和 软件代码

调试好的 硬件和软件

在目标板上运 行/调试软件

SOPC开发流程简图

分析系统需求

建立Quartus II工程， 建立顶层图*.bdf

NiosII内核 &标准外设

打开SOPC Builder 定义和生成系统

定制指令&定 制外设逻辑

自定义的 功能模块

集成SOPC生 成的系统到 Quartus II工程

Altera的 LPM模块

硬件抽象层 (HAL)&外设 驱动程序

使用Nios II IDE开发软件

用户C/C++应 用程序代码 和定制的库

连接各 功能模块

设置软件运行 硬件环境属性

当 设 计 中 现 有 模块不能满足设 在顶层模块中，分别 将 SOPC Builder生成 计要求时，可设 的系统 模 块 、 LPM 功 计自己的功能模 块。并在顶层模 能模块 以及用户自定 块中使用； 义功能 模块添加到顶 层模块中;

选择FPGA型号 并进行管脚分配

进行编译 选项设置

在 Quartus II 软 件 中 编译软件 包含了大量的 公 生成可执 然后将各个 Altera行文件 elf 司提供的 LPM 功能模块， 功能模块用 相当与传统设计中除处 在IDE中使用 连 线连起来 ISS运行/调试 理器以外的逻辑芯片 (如 软件 组 成系统功 74系列); 能原理图。

编译硬件系统 生成配置文件sof 在

目标板上 下载可执行 软件到 Nios II系统

下载配置文件到 FPGA器件

这个两过程类似传统电路设计中，将所有要使 用的芯片焊接到电路板上，然后通过PCB上的 连线将各个芯片连接起来，组成电路系统。

使用IDE编程工具 烧写配置文件和 软件代码

调试好的 硬件和软件

在目标板上运 行/调试软件

SOPC开发流程简图

分析系统需求

建立Quartus II工程， 建立顶层图*.bdf

NiosII内核 &标准外设

打开SOPC Builder 定义和生成系统

定制指令&定 制外设逻辑

自定义的 功能模块

集成SOPC生 成的系统到 Quartus II工程

Altera的 LPM模块

硬件抽象层 (HAL)&外设 驱动程序

使用Nios II IDE开发软件

用户C/C++应 用程序代码 和定制的库

连接各 功能模块

设置软件运行 硬件环境属性

选择FPGA型号 并进行管脚分配

编译软件 生成可执 行文件elf 在IDE中使用 ISS运行/调试 软件

为系统功能原理 图选择芯片载体 并 为各个输入输 设置编译选项， 出信号分配芯片 从而让编译器按照 的管脚； 编译系统生成硬件系统的 用户设定来进行编 配置文件 *.sof和*.pof。编 译； 译系统是一个非常复杂的过 程，包括优化逻辑的组合、 综合逻辑、适配 FPGA 、布 线以及时序分析等步骤。

进行编译 选项设置

编译硬件系统 生成配置文件sof 在目标板上 下载可执行 软件到 Nios II系统

下载配置文件到 FPGA器件

使用IDE编程工具 烧写配置文件和 软件代码

调试好的 硬件和软件

在目标板上运 行/调试软件

SOPC开发流程简图

分析系统需求

建立Quartus II工程， 建立顶层图*.bdf

软 件 开 发 也 可 以 在 SOPC Builder 生成系统模块后立 即进行！与传统软件开发类 似，唯一不同在于系统是自 己定制的，所受局限小！

NiosII内核 &标准外设

打开SOPC Builder 定义和生成系统

定制指令&定 制外设逻辑

自定义的 功能模块

集成SOPC生 成的系统到 Quartus II工程

Altera的 LPM模块

硬件抽象层 (HAL)&外设 驱动程序

使用Nios II IDE开发软件

用户C/C++应 用程序代码 和定制的库

连接各 功能模块

设置软件运行 硬件环境属性

选择FPGA型号 并进行管脚分配

编译软件 生成可执 行文件elf 在IDE中使用 ISS运行/调试 软件

进行编译 选项设置

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