嵌入式技术概述SOPC硬件开发环境及硬件开发流程介绍课件.pptx

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1、2023/3/161SOPC设计的主要工作设计的主要工作 硬件设计：Quartus、SOPC Builder 软件设计：Nios IDE第1页/共63页2023/3/162系系统统需需求求分分析析SOPC硬件设计流程硬件设计流程系统所需的计算性能、带宽、吞吐量、接口类型以及多线程软件支持等。创创建建工工程程创创建建N Ni io os sI II I系系统统模模块块Nios内核和标准外设用户定制指令与外设集集成成N Ni io os sI II I系系统统模模块块到到工工程程自定义功能模块标准库模块连连接接各各工工功功能能模模块块引引脚脚分分配配编编译译设设置置编编译译工工程程生生成成S SO

2、 OF F配配置置文文件件下下载载S SO OF F配配置置文文件件到到F FP PG GA A若需要，用户可以定制指令和外设逻辑。在SOPC Builder中添加所需的功能模块（Nios II核、标准外设模块），完成后生成一个系统模块。SOPC的硬件设计开始均需要建立建立一个工程，Quartus II是以工程的方式对设计过程进行管理。工程中建立的顶层模块文件.bdf相当于传统电路设计中的电路板（PCB）。第2页/共63页2023/3/163系系统统需需求求分分析析SOPC硬件设计流程硬件设计流程创创建建工工程程创创建建N Ni io os sI II I系系统统模模块块Nios内核和标准外设

3、用户定制指令与外设集集成成N Ni io os sI II I系系统统模模块块到到工工程程自定义功能模块标准库模块连连接接各各功功能能模模块块引引脚脚分分配配编编译译设设置置编编译译工工程程生生成成S SO OF F配配置置文文件件下下载载S SO OF F配配置置文文件件到到F FP PG GA A当标准库模块不能满足设计要求时，可设计定制逻辑模块。Quartus II中包含了大量的Altera公司提供的LPM功能模块，相当于传统设计中除处理器外的逻辑芯片(如74系列)在工程顶层模块中，分别添加SOPC Builder生成的 NIOS系 统 模 块、LPM功能模块以及用户自定义功能模块。将

4、各 个 功能模块用连线连起来组成系统功能原理图这两过程类似传统PCB设计中：将所有芯片焊接到电路板上，通过PCB上的连线将各个芯片连接起来，组成电路系统。第3页/共63页2023/3/164系系统统需需求求分分析析SOPC硬件设计流程硬件设计流程创创建建工工程程创创建建N Ni io os sI II I系系统统模模块块Nios内核和标准外设用户定制指令与外设集集成成N Ni io os sI II I系系统统模模块块到到工工程程自定义功能模块标准库模块连连接接各各功功能能模模块块引引脚脚分分配配编编译译设设置置编编译译工工程程生生成成S SO OF F配配置置文文件件下下载载S SO OF

5、F配配置置文文件件到到F FP PG GA A为系统选择芯片载体，并 为 各 个I/O信 号 分配芯片管脚；设置编译选项，让编译器按照用户设定进行编译；编译过程包括编译、综合、适配、布线、时序分析等。将 配置文件.sof下载 到FPGA第4页/共63页2023/3/165SOPC硬件设计实例硬件设计实例电子钟设计设计要求：1)1)在液晶屏上显示日期、时间 2)2)可以设置日期、时间系统所需外围器件：LCDLCD，电子钟显示屏幕 按键，电子钟设置功能键 FlashFlash，存储软、硬件程序 SRAMSRAM，程序运行内存SOPC硬件系统模块：Nios II CPUNios II CPU、定时器

6、、按键PIOPIO、LCDLCD控制器、AVALONAVALON三态桥、外部SRAMSRAM接口、外部FlashFlash接口JTAG UARTJTAG UART、EPCSEPCS串行FlashFlash控制器第5页/共63页2023/3/166SOPC硬件设计实例硬件设计实例电子钟设计：1）创建Quartus工程运行 Quartus II 6.0软件，选择:File菜单New Project Wizard,出现Introduction页面 第6页/共63页2023/3/167SOPC硬件设计实例硬件设计实例电子钟设计：1）创建Quartus工程工程名称的设定、工作目录的选择页面 工程名和顶层

7、实体名工程名和顶层实体名必须相同，且为英文必须相同，且为英文工程目录必须为英文工程目录必须为英文第7页/共63页2023/3/168SOPC硬件设计实例硬件设计实例电子钟设计：1）创建Quartus工程工程文件添加页面 第8页/共63页2023/3/169SOPC硬件设计实例硬件设计实例电子钟设计：1）创建Quartus工程工程器件选择页面 器件过滤器器件过滤器第9页/共63页2023/3/1610SOPC硬件设计实例硬件设计实例电子钟设计：1）创建Quartus工程工程相关EDA工具选择页面 第10页/共63页2023/3/1611SOPC硬件设计实例硬件设计实例电子钟设计：1）创建Quar

8、tus工程工程总体信息说明页面 开发过程中可以通过菜单assignment Settings对工程配置进行修改第11页/共63页2023/3/1612SOPC硬件设计实例硬件设计实例电子钟设计：1）创建Quartus工程工程创建完成页面 工程实体名工程实体名第12页/共63页2023/3/1613SOPC硬件设计实例硬件设计实例电子钟设计：2）创建Nios系统模块2-1）创建顶层实体：在新建的工程窗口中，选择FileNew；在Device Design File选项卡中，选择Block DiagramSchematic File，即原理图文件，单击OK。第13页/共63页2023/3/1614

9、SOPC硬件设计实例硬件设计实例电子钟设计：2）创建Nios系统模块2-1）创建顶层实体：选择FileSave As；确定Add to Current Project选项被选中，点击“保存”，文件被保存并被加入到工程中。第14页/共63页2023/3/1615SOPC硬件设计实例硬件设计实例电子钟设计：2）创建Nios系统模块2-2）创建Nios系统模块：启动SOPC Builder，选择ToolsSOPC Builder，出现Create New System对话框。第15页/共63页2023/3/1616SOPC硬件设计实例硬件设计实例电子钟设计：2）创建Nios系统模块2-2）创建Nio

10、s系统模块第16页/共63页2023/3/1617SOPC硬件设计实例硬件设计实例电子钟设计：2）创建Nios系统模块2-2）创建Nios系统模块：在SOPC Builder中，选择FileNew Board Descriptions，新的目标板描述。第17页/共63页2023/3/1618SOPC硬件设计实例硬件设计实例电子钟设计：2）创建Nios系统模块2-2）创建Nios系统模块：1)1)添加NIOS CPU CPU，Avalon Components 中选择Nios II Processor。第18页/共63页2023/3/1619SOPC硬件设计实例硬件设计实例电子钟设计：2）创建N

11、ios系统模块2-2）创建Nios系统模块：1)1)添加NIOS CPU CPU，Caches&Tightly Coupled Memories设置。第19页/共63页2023/3/1620SOPC硬件设计实例硬件设计实例电子钟设计：2）创建Nios系统模块2-2）创建Nios系统模块：1)1)添加NIOS CPU CPU，Advanced Features设置。第20页/共63页2023/3/1621SOPC硬件设计实例硬件设计实例电子钟设计：2）创建Nios系统模块2-2）创建Nios系统模块：1)1)添加NIOS CPU CPU，JTAG Debug Module设置。第21页/共63页

12、2023/3/1622SOPC硬件设计实例硬件设计实例电子钟设计：2）创建Nios系统模块2-2）创建Nios系统模块：1)1)添加NIOS CPU CPU，Custom Instructions设置。第22页/共63页2023/3/1623SOPC硬件设计实例硬件设计实例电子钟设计：2）创建Nios系统模块2-2）创建Nios系统模块：1)1)完成NIOS CPU CPU的添加的添加。第23页/共63页2023/3/1624SOPC硬件设计实例硬件设计实例电子钟设计：2）创建Nios系统模块2-2）创建Nios系统模块：其他IP模块的添加添加。定时器PIO（按键）LCD控制器Avalon三态

13、总线桥：External SRAM Bus、External Flash Bus External SRAM interfaceExternal Flash InterfaceJTAG UART第24页/共63页2023/3/1625SOPC硬件设计实例硬件设计实例电子钟设计：2）创建Nios系统模块2-2）创建Nios系统模块：2)2)定时器的添加，的添加，在Avalon components中的other库中选择Interval Timer。第25页/共63页2023/3/1626SOPC硬件设计实例硬件设计实例电子钟设计：2）创建Nios系统模块2-2）创建Nios系统模块：3)3)PI

14、O（按键）的添加，的添加，在Avalon components中的other库中选择PIO。第26页/共63页2023/3/1627SOPC硬件设计实例硬件设计实例电子钟设计：2）创建Nios系统模块2-2）创建Nios系统模块：4)4)LCD控制器的添加，的添加，在Avalon components中的display库中选择Character LCD(16 2,Optrex 16027)。第27页/共63页2023/3/1628SOPC硬件设计实例硬件设计实例电子钟设计：2）创建Nios系统模块2-2）创建Nios系统模块：在SOPC Builder中，选择FileNew Component

15、s，可创建用户自定制组件。第28页/共63页2023/3/1629SOPC硬件设计实例硬件设计实例电子钟设计：2）创建Nios系统模块2-2）创建Nios系统模块：5)5)Avalon三态总线桥的添加，的添加，在Avalon components中的Bridge库中选择Avalon Tri-State Bridge。第29页/共63页2023/3/1630SOPC硬件设计实例硬件设计实例电子钟设计：2）创建Nios系统模块2-2）创建Nios系统模块：6)6)外部SRAM接口的添加，的添加，在Avalon components中的Memory库中选择Cypress CY7C1380C SSRA

16、M。第30页/共63页2023/3/1631SOPC硬件设计实例硬件设计实例电子钟设计：2）创建Nios系统模块2-2）创建Nios系统模块：7)7)外部FLASH接口（按键）的添加，的添加，在Avalon components中的Memory库中选择Flash Memory（Common Flash Interface）。第31页/共63页2023/3/1632SOPC硬件设计实例硬件设计实例电子钟设计：2）创建Nios系统模块2-2）创建Nios系统模块：8)8)JTAG UART 的添加，的添加，在Avalon components中的communication库中选择JTAG UART

17、。第32页/共63页2023/3/1633SOPC硬件设计实例硬件设计实例电子钟设计：2）创建Nios系统模块2-2）创建Nios系统模块：9)9)Nios系统的连接系统的连接。外部SRAM接口与SRAM三态桥的连接、外部Flash接口与Flash三态桥连接，其他IP的连接都是系统自动完成的。第33页/共63页2023/3/1634SOPC硬件设计实例硬件设计实例电子钟设计：2）创建Nios系统模块2-3）分配系统各IP模块的地址和中断号第34页/共63页2023/3/1635SOPC硬件设计实例硬件设计实例电子钟设计：2）创建Nios系统模块2-4）配置Nios系统Boot loader 存

18、储器存储器异常向量表存储器异常向量表存储器包含包含JTAG DEBUG模块时显示，不可修模块时显示，不可修改改第35页/共63页2023/3/1636SOPC硬件设计实例硬件设计实例电子钟设计：2）创建Nios系统模块2-5）生成Nios系统第36页/共63页2023/3/1637SOPC硬件设计实例硬件设计实例电子钟设计：2）创建Nios系统模块2-6）添加Nios系统模块到工程第37页/共63页2023/3/1638SOPC硬件设计实例硬件设计实例电子钟设计：2）创建Nios系统模块2-6）添加Nios系统模块到工程第38页/共63页2023/3/1639SOPC硬件设计实例硬件设计实例电

19、子钟设计：2）创建Nios系统模块 2-7）利用ALTERA提供Mega库添加锁相环2-8）添加系统的I/O端口第39页/共63页2023/3/1640SOPC硬件设计实例硬件设计实例电子钟设计：2）创建Nios系统模块2-7）利用Mega库添加锁相环PLL点击ToolsMegaWizard Plug-In Manager第40页/共63页2023/3/1641SOPC硬件设计实例硬件设计实例电子钟设计：2）创建Nios系统模块2-7）利用Mega库添加锁相环PLL第41页/共63页2023/3/1642SOPC硬件设计实例硬件设计实例电子钟设计：2）创建Nios系统模块2-7）利用Mega库

20、添加锁相环PLL第42页/共63页2023/3/1643SOPC硬件设计实例硬件设计实例电子钟设计：2）创建Nios系统模块2-7）利用Mega库添加锁相环PLL第43页/共63页2023/3/1644SOPC硬件设计实例硬件设计实例电子钟设计：2）创建Nios系统模块2-7）利用Mega库添加锁相环PLL第44页/共63页2023/3/1645SOPC硬件设计实例硬件设计实例电子钟设计：2）创建Nios系统模块2-7）利用Mega库添加锁相环PLL第45页/共63页2023/3/1646SOPC硬件设计实例硬件设计实例电子钟设计：2）创建Nios系统模块2-7）利用Mega库添加锁相环PLL

21、第46页/共63页2023/3/1647SOPC硬件设计实例硬件设计实例电子钟设计：2）创建Nios系统模块2-7）利用Mega库添加锁相环PLL第47页/共63页2023/3/1648SOPC硬件设计实例硬件设计实例电子钟设计：2）创建Nios系统模块2-7）利用Mega库添加锁相环PLL第48页/共63页2023/3/1649SOPC硬件设计实例硬件设计实例电子钟设计：2）创建Nios系统模块2-7）利用Mega库添加锁相环PLL第49页/共63页2023/3/1650SOPC硬件设计实例硬件设计实例电子钟设计：2）创建Nios系统模块2-8）添加I/O端口在顶层实体的BDF窗口的空白处双

22、击鼠标，出现Symbol窗口，在alteraquartuslibraries下面选择primitives，再在其下选择pin第50页/共63页2023/3/1651SOPC硬件设计实例硬件设计实例电子钟设计：2）创建Nios系统模块2-9）NIOS系统连接 第51页/共63页2023/3/1652SOPC硬件设计实例硬件设计实例电子钟设计：3）设计优化3-1）面积和速度的优化 第52页/共63页2023/3/1653SOPC硬件设计实例硬件设计实例电子钟设计：3）设计优化3-2）时序约束与设置 第53页/共63页2023/3/1654SOPC硬件设计实例硬件设计实例电子钟设计：3）设计优化3-

23、3）Fitter设置 第54页/共63页2023/3/1655SOPC硬件设计实例硬件设计实例电子钟设计：4）工程编译工程编译：分析与综合、适配、汇编、时序分析4-1）编译设置 第55页/共63页2023/3/1656SOPC硬件设计实例硬件设计实例电子钟设计：4）工程编译工程编译：分析与综合、适配、汇编、时序分析4-2）器件引脚分配1）使用Assignments Editor来分配，选择Assignments菜单中的pins；2）使用TCL脚本一次性分配所有的引脚(存在已分配好引脚的标准工程，当前工程的“端口名”与标准工程的“端口名”相同)；3）直接编辑工程目录下的“工程名.qsf”文件，s

24、et_location_assignment PIN_器件引脚-to 端口名第56页/共63页2023/3/1657SOPC硬件设计实例硬件设计实例电子钟设计：4）工程编译工程编译：分析与综合、适配、汇编、时序分析4-3）编译工程选择Processing菜单中的Start Compilation、点击工具栏中的Start Compilation 按钮、在Processing菜单中选择Start子菜单中的分步编译操作对编译给出的错误信息进行定位：选中错误信息，单击右键，在弹出的菜单中选择Locate来实现对错误的定位第57页/共63页2023/3/1658SOPC硬件设计实例硬件设计实例电子钟设

25、计：4）工程编译工程编译：分析与综合、适配、汇编、时序分析4-3）编译工程 第58页/共63页2023/3/1659SOPC硬件设计实例硬件设计实例电子钟设计：5）程序配置下载5-1）编程硬件安装 第59页/共63页2023/3/1660SOPC硬件设计实例硬件设计实例电子钟设计：5）程序配置下载5-1）编程硬件安装 第60页/共63页2023/3/1661SOPC硬件设计实例硬件设计实例电子钟设计：5）程序配置下载5-2）编程下载 第61页/共63页2023/3/1662SOPCSOPC硬件开发环境及硬件开发流程硬件开发环境及硬件开发流程小结小结 1）介绍了Quartus、SOPC Builder软件2）介绍了Quartus软件的原理图输入方式、Mega库的使用3）介绍了SOPC硬件开发流程4）以电子钟设计为例，介绍了SOPC硬件系统建立的过程和方法第62页/共63页2023/3/1663感谢您的观看。第63页/共63页