SOPC期末復(fù)習(xí)題

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上第一、二章【】名詞解釋 SOC 、SOPC、 IP、固核、軟核、硬核、nios II、SOPC Builder、quartus II【】構(gòu)成SOPC系統(tǒng)的方案有哪些？各有什么特點(diǎn)？ 【】簡述SOPC系統(tǒng)開發(fā)流程？Quartus II 和SOPC Builder在這過程中分別起什么作用？談?wù)勀銓OPC的理解。流程：1. 分析系統(tǒng)需求，包括功能需求和性能要求等 2. 建立Quartus II工程； 3. 使用Qsys/SOPC Builder生成一個(gè)用戶定制的系統(tǒng)模塊（包括NIOS II、標(biāo)準(zhǔn)外設(shè)模塊及用戶定制外設(shè)模塊）； 4. 將SOPC系統(tǒng)模塊集成到Quartus

2、II工程中，并添加一些模塊，可以是Altera公司提供的LPM模塊、第三方提供的或用戶自己定制的模塊；將SOPC系統(tǒng)模塊、Altera的LPM或用戶自定義的模塊連接起來；建立頂層實(shí)體。5. 分配引腳和編譯工程，編譯生成系統(tǒng)的硬件配置文件.sof和.pof文件；6. 下載工程，驗(yàn)證，將配置文件下載到開發(fā)板上進(jìn)行驗(yàn)證；7. 軟件開發(fā)，開發(fā)可以使用IDE開發(fā)環(huán)境；8 編譯軟件工程，生成可執(zhí)行文件.elf;9. 調(diào)試程序，將硬件配置文件下載到開發(fā)板，將可執(zhí)行文件下載到RAM，直到軟硬件協(xié)同工作。SOPC Builder： nios2系統(tǒng)模塊構(gòu)建工具，用于配置、生成nios2系統(tǒng)模塊；QuartusII

3、：用于完成Nios II硬件系統(tǒng)的分析綜合、優(yōu)化、適配、下載測試等【】目前常見的軟核處理器：Altera公司的Nios II核，Xilinx公司的MicroBlaze核第三章【】Nios II 處理器系列包括三種內(nèi)核（32位軟核處理器） ：Nios II/f (快速)性能最高，但占用的邏輯資源最多； Nios II/e (經(jīng)濟(jì))占用的邏輯資源最少，但性能最低； Nios II/s (標(biāo)準(zhǔn))具有平衡的性能和尺寸，NiosII/s內(nèi)核比第一代的Nios CPU更快，占用的資源更少。 【】nios2架構(gòu)提供存儲器映射的（Memory-Mapped）I/O訪問：數(shù)據(jù)存儲器和外設(shè)都被映射到數(shù)據(jù)主端口的地

4、址空間（外設(shè)和存儲器使用統(tǒng)一的地址空間）?！尽縉ios II結(jié)構(gòu)的指令主端口和數(shù)據(jù)主端口都支持高速緩存。高速緩存雖然改善了系統(tǒng)的整體性能，但使程序的執(zhí)行時(shí)間變得不可預(yù)測。對于實(shí)時(shí)系統(tǒng)來說這一點(diǎn)至關(guān)重要?！尽看鎯?shù)據(jù)時(shí)，nios2使用小端字節(jié)順序：高字節(jié)對應(yīng)高地址；低字節(jié)對應(yīng)地址地?！尽烤o耦合存儲器(TCM)與高速緩存cache的區(qū)別。第四章【】名詞解釋Avalon外設(shè): 是Avalon存儲器映射外設(shè)的簡稱，包括存儲器、處理器、UART、PIO、定時(shí)器和總線橋、用戶自定義Avalon外設(shè)等。外設(shè)和存儲器使用相同的總線來尋址。Avalon端口：完成數(shù)據(jù)傳輸?shù)慕涌谒囊唤MAvalon信號。分為主

5、端口和從端口。主端口在Avalon總線上發(fā)起數(shù)據(jù)傳輸，目標(biāo)從端口在Avalon總線上響應(yīng)主端口發(fā)起的數(shù)據(jù)傳輸。主從端口對：是指在數(shù)據(jù)傳輸過程中，通過Avalon交換架構(gòu)連接起來的主端口和從端口。Avalon傳輸：是指Avalon端口和Avalon交換架構(gòu)之間的數(shù)據(jù)單元的讀/寫操作。分為主傳輸和從傳輸。主端口發(fā)起對交換架構(gòu)的主傳輸；從端口響應(yīng)來自交換架構(gòu)的從傳輸?！尽吭诨贔PGA片上系統(tǒng)中，Avalon總線是用于連接哪些組件或設(shè)備的總線結(jié)構(gòu)Avalon總線規(guī)范是altera公司開發(fā)的用于連接處理器與片內(nèi)/外外設(shè)的總線技術(shù)；描述了主從端口之間的信號連接關(guān)系、傳輸模式及通信時(shí)序?！尽緼valon從

6、端口傳輸可分為哪幾種？（1）從端口讀傳輸從端口基本讀傳輸、具有固定/可變等待周期的從端口讀傳輸、具有建立時(shí)間和固定等待周期的從端口讀傳輸。（2）從端口寫傳輸從端口基本寫傳輸、具有固定/可變等待周期的從端口寫傳輸、具有建立時(shí)間/保持時(shí)間的從端口寫傳輸?！尽康刂愤吔纾菏侵赣芍鞫丝跀?shù)據(jù)寬度決定的字地址邊界。例如主端口數(shù)據(jù)寬度為32位，則本地地址邊界落在0x00、0x04、0x08、0x0C等地址上?！尽康刂穼R：決定了從端口數(shù)據(jù)單元在主端口地址空間中的位置?？煞譃殪o態(tài)地址對齊和動態(tài)地址對齊2種方式。本地地址對齊：從端口數(shù)據(jù)必須與主端口的地址邊界對齊。本地地址對齊的好處：適用于映射到存儲器空間的寄存器

7、控制的從外設(shè)；一次只訪問外設(shè)的一個(gè)控制/數(shù)據(jù)/狀態(tài)寄存器。動態(tài)地址對齊：從端口數(shù)據(jù)在主端口地址空間中連續(xù)地按字節(jié)對齊動態(tài)地址對齊的好處：1）32位的Nios II處理器可以使用廉價(jià)的8位或16位存儲器作為數(shù)據(jù)和程序存儲。2）存儲器的物理寬度對于軟件設(shè)計(jì)人員是透明的，在開發(fā)軟件時(shí)，不必考慮程序在何種寬度的存儲器上運(yùn)行。3）不需要軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)拼接，軟件開發(fā)簡單且執(zhí)行速度快。 第六、七章【1】HAL系統(tǒng)庫。硬件抽象層HAL是輕量級的運(yùn)行環(huán)境，提供了設(shè)備驅(qū)動程序接口，應(yīng)用程序使用設(shè)備驅(qū)動程序接口訪問底層硬件?！?】HAL系統(tǒng)庫為用戶提供下列支持/服務(wù)：1）、集成newlib ANSI C標(biāo)準(zhǔn)庫，提供C

8、標(biāo)準(zhǔn)庫函數(shù)。2）、提供訪問系統(tǒng)中每個(gè)設(shè)備的驅(qū)動程序。3）、提供統(tǒng)一的、標(biāo)準(zhǔn)的HAL服務(wù)接口HAL API，用于設(shè)備訪問，中斷處理等 4）、完成對系統(tǒng)的初始化，即在main()之前，執(zhí)行處理器和運(yùn)行環(huán)境的初始化任務(wù)。5）、完成對系統(tǒng)外圍設(shè)備的初始化?！?】基于HAL開發(fā)NIOSII軟件的優(yōu)點(diǎn)是什么？ NIOSII處理器系統(tǒng)的HAL基于一個(gè)特定的SOPC Builder系統(tǒng)創(chuàng)建，SOPC Builder與NiosII EDS之間的緊密集成保證了： （1）用戶在創(chuàng)建應(yīng)用工程時(shí)，NiosII IDE也同時(shí)創(chuàng)建了HAL系統(tǒng)庫，用戶不必創(chuàng)建、復(fù)制、編輯HAL系統(tǒng)庫， NiosII IDE自動為用戶管理和維

9、護(hù)HAL庫； （2）若SOPC Builder的硬件系統(tǒng)發(fā)生了改動，NiosII IDE會自動地對HAL系統(tǒng)庫進(jìn)行更新，保證了底層硬件與應(yīng)用程序的一致性。【4】HAL支持的外圍設(shè)備有哪幾種？ 1、字符模式設(shè)備，包括UART核、JTAG uart核和LCD16207顯示控制器。 2、Flash存儲器設(shè)備，包括通用Flash接口芯片和Altera EPCS串行配置設(shè)備控制器。 3、文件子系統(tǒng)，包括只讀文檔系統(tǒng)。 4、定時(shí)器設(shè)備，包括定時(shí)器核。 5、DMA設(shè)備，包括DMA控制器核。 6、以太網(wǎng)設(shè)備，包括LABN91C111以太網(wǎng)MAC/CHY控制器?！?】Nios2 程序的構(gòu)成Nios2程序由應(yīng)用工

10、程、庫工程（可選的）和BSP（板級支持包）工程構(gòu)成。（1）nios2 C/C+應(yīng)用工程由一組源文件及一個(gè)makefile文件組成，其中一個(gè)源文件包含main函數(shù)，可以調(diào)用庫和BSP中的函數(shù)。（2）庫工程：一組源代碼的集合，庫中不包含main函數(shù)。這些源代碼編譯后生成庫文件（.a）。（3）BSP工程是一個(gè)特殊的庫，包含特定系統(tǒng)的支持代碼，為nios2處理器提供定制的軟件運(yùn)行環(huán)境。BSP包含以下部分：硬件抽象層HAL、newlib C標(biāo)準(zhǔn)庫、設(shè)備驅(qū)動、軟件包（可選的）、實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)（可選的）【6】nios2工程的結(jié)構(gòu)1）應(yīng)用工程即用戶程序，由用戶創(chuàng)建的（.c，.h，.s，.S）文件定義。用戶應(yīng)用工

11、程依賴于HAL BSP工程。2）HAL BSP工程由nios2 SBT for eclipse中的BSP settings定義，依賴于硬件系統(tǒng)。當(dāng)用戶創(chuàng)建應(yīng)用工程時(shí)，nios2 SBT for eclipse會創(chuàng)建HAL BSP工程。HAL BSP工程中包含所有的用戶程序和硬件之間的接口信息；以及和硬件系統(tǒng)有關(guān)的HAL設(shè)備驅(qū)動程序。 3）硬件系統(tǒng)又稱為Nios2處理器系統(tǒng)，由系統(tǒng)集成工具（SOPC Builder 或 Qsys）創(chuàng)建的.sopcinfo文件定義。當(dāng)硬件系統(tǒng)發(fā)生變化時(shí)（即.sopcinfo文件發(fā)生改變），可以使用nios2 SBT for eclipse重新生成BSP工程，保證B

12、SP工程和硬件系統(tǒng)之間同步更新。 【】系統(tǒng)描述文件（system.h）：提供了nios2系統(tǒng)硬件的軟件描述，即系統(tǒng)中都包含哪些硬件。其內(nèi)容取決于硬件配置和HAL BSP屬性。描述了系統(tǒng)中每個(gè)外設(shè)的如下信息：外設(shè)的硬件配置外設(shè)的基地址中斷信息外設(shè)的名稱【】字符型設(shè)備的訪問方法 1、使用標(biāo)準(zhǔn)輸入/輸出/錯(cuò)誤通道來訪問字符型設(shè)備。用戶可以通過BSP設(shè)置將標(biāo)準(zhǔn)通道重定位到某一特定的字符型設(shè)備上。 2）使用通用的訪問文件的方式訪問字符型設(shè)備?！尽縋IO核的功能和編程功能：1.數(shù)據(jù)輸入和輸出：可配置為輸入、輸出、或雙向（帶三態(tài)控制）。2.邊沿捕捉：能夠捕捉輸入信號的上升沿、下降沿，或二者都可，捕捉結(jié)果保存

13、在edgecapture寄存器中。3.產(chǎn)生中斷：電平敏感：當(dāng)輸入信號為高電平時(shí)，產(chǎn)生中斷；邊沿敏感：取決于邊沿類型。編程：IO核不屬于HAL支持的通用設(shè)備模型，因此不同通過HAL API或ANSI C標(biāo)準(zhǔn)庫來訪問。altera提供了HAL系統(tǒng)庫頭文件altera_avalon_pio_regs.h，其中定義了PIO核的寄存器映射，提供了一些符號來訪問底層硬件?！尽慷〞r(shí)器設(shè)備的使用HAL API提供2種類型的定時(shí)器驅(qū)動程序：系統(tǒng)時(shí)鐘驅(qū)動和時(shí)間戳驅(qū)動。相關(guān)的HAL API函數(shù)在sys/alt_alarm.h和sys/alt_timestamp.h中定義?！尽咳N基本的DMA傳輸 在HAL DMA設(shè)

14、備模型中，DMA傳輸有兩種分類：發(fā)送或接收。 HAL提供兩個(gè)設(shè)備驅(qū)動來實(shí)現(xiàn)發(fā)送通道和接收通道：發(fā)送通道從數(shù)據(jù)源的緩沖器獲得數(shù)據(jù)，發(fā)送數(shù)據(jù)到目的設(shè)備；接收通道接收數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)存到目的緩沖器中。 （1）DMA發(fā)送通道（2）DMA接收通道（3）存儲器到存儲器的DMA傳輸（存儲器到存儲器的DMA傳輸同時(shí)包括DMA接收通道和DMA發(fā)送通道）【】通過HAL API來使用DMA設(shè)備的步驟?！尽亢唵蜦lash訪問與精細(xì)Flash訪問的比較 簡單FLASH訪問：函數(shù)寫緩沖數(shù)據(jù)到FLASH和從FLASH讀數(shù)據(jù)都是以分區(qū)（block）的層次進(jìn)行的，寫FLASH時(shí)，若緩沖器比一個(gè)完整的分區(qū)小，函數(shù)會擦除整個(gè)分區(qū)。

15、精細(xì)FLASH訪問：函數(shù)寫緩沖數(shù)據(jù)到FLASH和從FLASH讀數(shù)據(jù)都是以緩沖區(qū)的層次進(jìn)行的，寫FLASH時(shí)，若緩沖區(qū)比一個(gè)完整的分區(qū)小，函數(shù)保留之前存在于FLASH中的新寫數(shù)據(jù)單元之上和之下的數(shù)據(jù)?！尽縉IOS2 的異常處理 NIOS異常包括（1）硬件中斷：外設(shè)通過處理器32個(gè)中斷輸入通道請求產(chǎn)生硬件中斷（2）軟件異常：未實(shí)現(xiàn)指令、軟件陷阱、其他異常軟件陷阱異常：當(dāng)程序遇到軟件陷阱指令時(shí)，將產(chǎn)生軟件陷阱異常。軟件陷阱在程序需要操作系統(tǒng)服務(wù)時(shí)常用到，操作系統(tǒng)的異常處理程序判斷產(chǎn)生軟件陷阱的原因，然后執(zhí)行相應(yīng)任務(wù)。未定義指令異常：當(dāng)處理器執(zhí)行未定義指令時(shí)產(chǎn)生未定義指令異常。異常處理判斷哪個(gè)指令產(chǎn)生

16、異常，如果指令不能通過硬件執(zhí)行，可以在一個(gè)異常服務(wù)程序中通過軟件方式執(zhí)行其它異常：是為將來系統(tǒng)擴(kuò)展準(zhǔn)備的。 【】NIOS 的異常處理流程 Nios II結(jié)構(gòu)中所有的異常類型都由同一個(gè)地址處的異常處理程序（系統(tǒng)ISR）來處理，然后跳轉(zhuǎn)到用戶ISR。流程：把status寄存器內(nèi)容復(fù)制到estatus寄存器中，保存當(dāng)前處理器狀態(tài)>清除status寄存器的U位為0，強(qiáng)制處理器進(jìn)入超級用戶狀態(tài)>清除status寄存器的PIE位為0，禁止所有的硬件中斷>把異常返回地址寫入ea寄存器(r29)>跳轉(zhuǎn)到異常處理地址，進(jìn)入系統(tǒng)ISR?！尽渴褂肏AL API實(shí)現(xiàn)中斷編程的步驟?！尽抗こ虘?yīng)用1、在nios II最小系