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软核

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前不久,Altera 正式推出了Nios II系列32位RSIC嵌入式处理器。Nios II系列软核处理器是Altera的第二代FPGA嵌入式处理器,其性能超过200DMIPS,在Altera FPGA中实现仅需35美分。Altera的Stratix 、Stratix GX、 Stratix II和 Cyclone系列FPGA全面支持Nios II处理器,以后推出的FPGA器件也将支持Nios II。
  自Altera于2000年推出第一代16位Nios处理器以来,已经交付了13000多套Nios开发套件,Nios成为最流行的软核处理器。刚推出的Nios II系列采用全新的架构,比第一代Nios具有更高水平的效率和性能。和第一代相比,Nios II核平均占用不到50%的FPGA资源,而计算性能增长了1倍。
  Nios II系列包括3种产品,分别是:Nios II/f(快速)——最高的系统性能,中等FPGA使用量;Nios II/s(标准)——高性能,低FPGA使用量;Nios II/e(经济)——低性能,最低的FPGA使用量。这3种产品具有32位处理器的基本结构单元——32位指令大小,32位数据和地址路径,32位通用寄存器和32个外部中断源;使用同样的指令集架构(ISA),100%二进制代码兼容,设计者可以根据系统需求的变化更改CPU,选择满足性能和成本的最佳方案,而不会影响已有的软件投入。
  特别是,Nios II系列支持使用专用指令。专用指令是用户增加的硬件模块,它增加了算术逻辑单元(ALU)。用户能为系统中使用的每个Nios II处理器创建多达256个专用指令,这使得设计者能够细致地调整系统硬件以满足性能目标。专用指令逻辑和本身Nios II指令相同,能够从多达两个源寄存器取值,可选择将结果写回目标寄存器。同时,Nios II系列支持60多个外设选项,开发者能够选择合适的外设,获得最合适的处理器、外设和接口组合,而不必支付根本不使用的硅片功能。
  Nios II系列能够满足任何应用32位嵌入式微处理器的需要,客户可以将第一代Nios处理器设计移植到某种Nios II处理器上,Altera将长期支持现有FPGA系列上的第一代Nios处理器。另外,Altera提供了一键式移植选项,可以升级至Nios II系列。Nios II处理器也能够在HardCopy器件中实现,Altera还为基于Nios II处理器的系统提供ASIC的移植方式。
  Nios II处理器具有完善的软件开发套件,包括编译器、集成开发环境(IDE)、JTAG调试器、实时操作系统(RTOS)和TCP/IP协议栈。设计者能够用Altera Quartus II开发软件中的SOPC Builder系统开发工具很容易地创建专用的处理器系统,并能够根据系统的需求添加Nios II处理器核的数量。
  使用Nios II软件开发工具能够为Nios II系统构建软件,即一键式自动生成适用于系统硬件的专用C/C++运行环境。Nios II集成开发环境(IDE)提供了许多软件模板,简化了项目设置。此外,Nios II开发套件包括两个第三方实时操作系统(RTOS)——MicroC/OS-II(Micrium),Nucleus Plus(ATI/Mentor)以及供网络应用使用的TCP/IP协议栈。
  长期以来,Altera一直推行嵌入式处理器战略的原因是,随着应用的ASIC开发日益受到成本的困扰,OEM日渐转向FPGA来构建自己的系统。这些系统中绝大多数需要一个处理器,而Altera正是为设计者提供了为FPGA优化的灵活的嵌入式处理器方案,可以满足16位和32位嵌入式处理器市场的需求。估计到2007年,该市场价值将到达110亿美元。
  在FPGA中使用软核处理器比硬核的优势在于,硬核实现没有灵活性,通常无法使用最新的技术。随着系统日益先进,基于标准处理器的方案会被淘汰,而基于Nios II处理器的方案是基于HDL源码构建的,能够修改以满足新的系统需求,避免了被淘汰的命运。将处理器实现为HDL的IP核,开发者能够完全定制CPU和外设,获得恰好满足需求的处理器。
  Nios II嵌入式处理器特性
  嵌入式处理器Nios®II系列为Altera® FPGA和可编程片上系统(SOPC)的集成应用专门做了优化。表1详细描述了Nios II软核嵌入式处理器系列的特性,更多通用信息请参阅Nios II简介页面。
  表1. Nios II嵌入处理器系列特性
  特性 说明
  设计流程及工具
  硬件开发工具 本页面详列了搭建Nios II处理器硬件系统所用到的开发工具。
  软件开发工具 本页面提供了Nios II集成开发环境(IDE)的相关信息,这是一种开发人员广泛应用的,包含编辑、编译和调试应用软件等功能的集成开发环境。
  开发套件 Altera及其合作伙伴提供了大量应用了NiosII系列嵌入式处理器的开发板套件。
  系统级设计流程 Altera的SOPC Builder工具提供了快速搭建SOPC系统的能力,这种架构可以是包含一个或几个CPU,提供存储器接口,外围设备和系统互连逻辑的复杂系统。
  构架及特性
  Nios II处理器核 Nios II处理器系列由三个不同的内核组成,可以灵活地控制成本和性能,从而拥有广泛的应用空间。
  JTAG调试模块 JTAG调试模块提供了通过远端PC主机实现Nios II处理器的在芯片控制、调试和通讯功能,这是Nios II处理器的一个极具竞争力的特性。
  用户指令 开发人员可以在Nios II CPU 核内增加硬件,用以执行复杂运算任务,为时序要求紧张的软件提供加速算法。
  外围设备及接口 Nios II开发套件包括一套标准外围设备库,在Altera的FPGA中可以免费使用。
  Avalon?交换式总线 Avalon交换式总线在处理器、外围设备和接口电路之间实现网络连接,并提供高带宽数据路径、多路和实时处理能力。Avalon交换式总线可以通过调用SOPC Builder设计软件自动生成。
  设计资源
  Nios II处理器支持 Nios II处理器支持页面提供了对Nios II 设计者有帮助的多种信息,其中包括使用许可、下载、参考设计、文档资料、在线展示及常见问题。
  嵌入式处理器方案中心 嵌入式处理器方案中心提供了大量的信息以帮助开发人员应用Altera的嵌入式处理器实现系统设计。可获取的信息有器件支持、软件开发工具,外围设备及接口、培训、技术支持和资料。
  Nios续订信息 Nios II开发套件包括一年期的CPU、外设和嵌入式软件开发工具的升级许可。(其中不包括Quartus® II软件的升级。)客户可以通过Nios续订程序每年订购包括Nios II 处理器的升级等额外信息。
  Nios II嵌入式处理器问与答页面 此页提供Altera Nios II系列嵌入式处理器的常见问题及解答。
  Stratix® II器件及Nios II处理器系列 Stratix II器件结构的优异特性和Nios II嵌入式处理器系列相结合,提供了无与伦比的处理能力,满足网络、通信、数据信号处理(DSP)应用、海量存储及其他高带宽系统的应用需求。
  Stratix器件及Nios II处理器系列 Stratix FPGA结构的优异特性和Nios II嵌入式处理器相结合,提供了很高的处理能力,满足高带宽系统应用需求。
  Cyclone?器件及Nios II处理器系列 在Cyclone器件中应用Nios II嵌入式处理器系列,降低了成本,提高了灵活性,在价格敏感应用环境中给低成本分立式微处理器提供了一个理想的替代品。


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FPGA    

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贡献者
wuqinyong    


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