基于SoPC Builder的电子系统的开发

2010-12-31 17:48:25来源: 山西电子技术

  O 引言

  随着科学技术的进一步发展,SoC设计面临着一些诸如如何进行软硬件协同设计,如何缩短电子产品开发周期的难题。为了解决SoC设计中遇到的难题,设计方法必须进一步优化。因此,人们提出了基于FPGA的SoC设计方案——SoPC(System on a programmable chlp)。随着百万门级的FPGA芯片、功能复杂的IP核和可重构的嵌入式处理器软核的出现,SoPC设计成为一种确实可行的、重要的设计方法。

  Altera公司在其开发工具QuartusⅡ中集成了SoPC Builder工具。在该工具的辅助下,设计者可以非常方便地完成系统集成,软硬件协同设计和验证,最大限度地提高电子系统的性能,加快设计速度和节约设计成本。

  1 SOPC Builder工具的简介

  SoPC Builder是一个自动化的系统开发工具,它能够极大地简化高性能SoPC的设计工作。该工具提供一个直观的图形用户界面,用户可以通过图形界面简化系统的定义工作。由于SoPC Builder不需要直接编写HDL代码来定义系统,这极大地节约了设计开发时间。SoPC Builder为每个元件提供了一个向导,利用该向导能很容易地定义元件功能。例如通过向导能够非常容易地在一个设计中加入Nios处理器,外设接口等。为了将徽处理器核、外围设备、存储器和其它IP核相互连接起来,SoPC Builder能够自动生成片上总线和总线仲裁器等所需的逻辑。通过自动完成以前易于出错的工作,SOPC Builder可以节约几周甚至几个月的开发时间。SoPC Builder在一个工具中实现了嵌入式系统各个方面的开发,包括软件的设计和验证,为充分利用SoPC技术提高电子系统的性能和降低成本提供了强有力的支持。本文将从系统总线的设计、用户自定义指令、FPGA协处理器的应用这三个不同的方面展开讨论,介绍如何利用SoPC Builder加快电子系统的开发。

  2 系统总线的设计

  系统总线主要解决多个主控制器相互连接、协调工作和资源共享的问题。例如一个系统包含多个处理器,或是一个处理器和一个具有DMA控制器的外围设备时,SoPC Builder会自动生成总线仲裁逻辑,使得这些处理器和DMA控制器能够共享从属外围设备或存储器。SoPCBui-lder运用了一项被称为从属设备仲裁的技术,该技术允许多个主控制器同时访问数据。除非多个主控制器同时存取同一个从属单元,否则仲裁逻辑不会拒绝任何一个主控制器的访问。运用 SoPCBuilder图形用户界面可以非常方便地指定仲裁优先级。SoPC Builder将自动生成—个与目标硬件相匹配的软件开发环境,在此过程中还自动生成—个相关的头文件和整个系统的仿真模型,包括ModelSim工程文件、标准化总线接口波形文件和验证基于目标硬件的testbench文件。

  运用DMA技术能够提高数据读取速度以增强系统的性能,从而使系统能够更充分地利用CPU或总线的带宽。这一设计思想在SoPC Builder中通过创建特定功能的外围设备进一步加强。用户自己可以定义用Verilog或VHDL语言描述的逻辑,并把它们加人到SoPC Builder的开发环境中。在图形用户界面的交互下,SoPC Builder会自动为这些用户定义的逻辑创建必要的总线接口,使DMA控制器能够访问这些用户定义的外围逻辑。在数字信号处理领域,快速傅立叶变换或离散余弦变换就是很好的例子。这些变换对数据的处理是基于数据块进行操作的。DMA控制器从系统外部读取数据,并把数据存储到预处理存储单元中。这一过程不需要处理器的干预,因此在这一期间处理器可以完成其它事情。等到DMA接收完数据后,处理器从预处理存储单元中读取数据进行处理,而DMA则把刚才处理器的处理结果读出来送到指定的外围设备中,并且继续接收数据。在这样的系统中,总线起到至关重要的作用。设计这样的系统总线是一件非常繁琐而且极易出错的事情。现在这一切都由SoPC Builder工具自动生成,大大地减轻了设计者的负担,提高了设计效率,加快了电子系统的设计速度。

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关键字:SoC  SoPC  FPGA  嵌入式处理器  SoPCBuilder

编辑:小甘 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/FPGA/2010/1231/article_1514.html
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