【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 Quartus II 軟件擁有 FPGA 和 CPLD 設(shè)計(jì)的所有階段的解決方案。Quartus II支持多種輸入法,包括原理圖,Verilog HDL、VHDL、AHDL、EDIF等。Quartus II支持不同的仿真方式，包括功能仿真和時(shí)序仿真。仿真波形的激勵(lì)可以是圖形方式輸入信號(hào)，也可以是Testbench方式文本文件（即用Tck寫仿真腳本文件）。此外，其還支持第三方的仿真工具。用第一種方式進(jìn)行仿真時(shí)，對(duì)輸入信號(hào)加入相應(yīng)激勵(lì)就可以了。在局部布線后，兩者都可以進(jìn)行下載。我們就利用這個(gè)平臺(tái)來進(jìn)行工程項(xiàng)目開發(fā)的。 SoPC Builder簡(jiǎn)介Quartus Ⅱ軟件支持 SoPC Builder 和 DSP Builder 的系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)流程。 系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)流程使工程師能夠以更高水平的抽象概念快速地設(shè)計(jì)和評(píng)估單芯片可編程系統(tǒng) (SoPC) 體系結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)。SoPC Builder 是自動(dòng)化系統(tǒng)開發(fā)工具，可以有效簡(jiǎn)化建立高性能 SoPC 設(shè)計(jì)的任務(wù)。 此工具能夠完全在 QuartusⅡ 軟件中使系統(tǒng)定義和 SoPC 開發(fā)的集成階段實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。 SoPC Builder 允許選擇系統(tǒng)組件，定義和自定義系統(tǒng)，并在集成之前生成和驗(yàn)證系統(tǒng)。下圖顯示了 SoPC Builder 設(shè)計(jì)流程。 圖2－3 SOPC 設(shè)計(jì)流程Fig. 23 SOPC design flow chartSoPC Builder可以導(dǎo)入或提供到達(dá)用戶自定義邏輯塊的接口。 SoPC Builder 系統(tǒng)與用戶定義邏輯配合使用時(shí)具有以下四種機(jī)制：簡(jiǎn)單的 PIO連接、系統(tǒng)模塊內(nèi)實(shí)例化、到達(dá)外部邏輯的總線接口以及發(fā)布局域 SoPC Builder 組件。SoPC Builder 與 Quartus Ⅱ軟件一起提供，它為建立 SoPC 設(shè)計(jì)提供標(biāo)準(zhǔn)化的圖形環(huán)境，其中，SoPC 由 CPU、存儲(chǔ)器接口、標(biāo)準(zhǔn)外圍設(shè)備和用戶自定義的外圍設(shè)備等組件組成。 SoPC Builder 允許選擇和自定義系統(tǒng)模塊的各個(gè)組件和接口。 SoPC Builder 將這些組件組合起來，生成對(duì)這些組件進(jìn)行實(shí)例化的單個(gè)系統(tǒng)模塊，并自動(dòng)生成必要的總線邏輯，以將這些組件連接到一起。l SoPC Builder 庫(kù)組件包括：處理器知識(shí)產(chǎn)權(quán) (IP) 和外圍設(shè)備存儲(chǔ)器接口 通信外設(shè)總線和接口，包括 Avalon 總線和 AMBA 高性能總線 (AHB) 數(shù)字信號(hào)處理 (DSP) 內(nèi)核 軟件標(biāo)題文件一般 C 驅(qū)動(dòng)器操作系統(tǒng) (OS) 內(nèi)核可以使用 SoPC Builder 構(gòu)建包括 CPU、存儲(chǔ)器接口和 I/O 外設(shè)的嵌入式微處理器系統(tǒng)；但是，還可以生成不包括 CPU 的數(shù)據(jù)流系統(tǒng)。 它允許指定具有多個(gè)主連接和從連接的總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。 SoPC Builder 還可以導(dǎo)入或提供到達(dá)用戶自定義邏輯塊的接口，其中，邏輯塊作為自定義外設(shè)連接到系統(tǒng)上。l 建立系統(tǒng)在 SoPC Builder 中構(gòu)建系統(tǒng)時(shí)，可以選擇用戶自定義模塊或模塊集組件庫(kù)中提供的模塊。SoPC Builder 可以導(dǎo)入或提供到達(dá)用戶自定義邏輯塊的接口。 SoPC Builder 系統(tǒng)與用戶定義邏輯配合使用時(shí)具有以下四種機(jī)制： 簡(jiǎn)單的 PIO 連接、系統(tǒng)模塊內(nèi)實(shí)例化、到達(dá)外部邏輯的總線接口以及發(fā)布局域 SoPC Builder 組件。SoPC Builder 提供用于下載的庫(kù)組件（模塊），包括 Excalibur 嵌入式處理器帶區(qū)和 NIOS 處理器等處理器、UART、定時(shí)器、PIO、Avalon 三態(tài)橋接器、多個(gè)簡(jiǎn)單的存儲(chǔ)器接口和 OS/RTOS 內(nèi)核。 此外，還可以從一系列的 MegaCore、 OpenCore生成系統(tǒng)生成系統(tǒng)。可以在模塊集中選擇庫(kù)組件，并在模塊表中顯示添加的組件?？梢允褂媚K表或單獨(dú)向?qū)е械男畔⒍x以下組件選項(xiàng)：系統(tǒng)組件和接口 主連接和從連接 系統(tǒng)地址映射 系統(tǒng) IRQ 分配 共享從連接的仲裁優(yōu)先級(jí) 系統(tǒng)時(shí)鐘頻率l 生成系統(tǒng)SoPC Builder 中的每個(gè)工程包含系統(tǒng)描述文件（PTF 文件），它包含在 SoPC Builder 中輸入的所有設(shè)置、選項(xiàng)和參數(shù)。 此外，每個(gè)模塊具有相應(yīng)的PTF 文件。 在生成系統(tǒng)期間， SoPC Builder 使用這些文件為系統(tǒng)生成源代碼、軟件組件和仿真文件。完成系統(tǒng)設(shè)計(jì)之后，可以使用SoPC Builder 的 System Generation 頁或使用命令行生成系統(tǒng)。SoPC Builder 軟件自動(dòng)生成所有必要邏輯，用以將處理器、外圍設(shè)備、內(nèi)存、總線、仲裁器、IP 內(nèi)核及到達(dá)系統(tǒng)外邏輯和存儲(chǔ)器的接口集成在一起，并建立將組件捆綁在一起的HDL 源代碼。SoPC Builder 還可以建立軟件開發(fā)工具包 (SDK) 軟件組件，例如，標(biāo)題文件、一般外圍設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序、自定義軟件庫(kù)和OS/實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)（RTOS內(nèi)核），以便在生成系統(tǒng)時(shí)提供完整的設(shè)計(jì)環(huán)境。為了仿真， SoPC Builder 建立了 Model Technology ModelSim 仿真目錄，它包含 ModelSim 工程文件、所有存儲(chǔ)器組件的仿真數(shù)據(jù)文件、提供設(shè)置信息的宏文件、別名和最初的一組總線接口波形。 它還建立仿真測(cè)試臺(tái)，可以實(shí)例化系統(tǒng)模塊、驅(qū)動(dòng)時(shí)鐘和復(fù)位輸入，并可以實(shí)例化和連接仿真模型。還生成 Tcl 腳本，用于在Quartus Ⅱ軟件中設(shè)置系統(tǒng)編譯所需的所有文件。3 方案設(shè)計(jì)根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求，以及Nios II嵌入式系統(tǒng)的特點(diǎn)，提出以下兩個(gè)方案，做相應(yīng)的比較和分析，從而確定更為合適的、可行的、有實(shí)用價(jià)值的設(shè)計(jì)方案。（一）方案（一），邏輯器件由以下組成：表3－1 方案一邏輯器件Table 31 logic device of blue printNios CPUDMAMUXSDRAMFlash11221Flash存儲(chǔ)初始化信息和圖像數(shù)據(jù)，當(dāng)系統(tǒng)上電復(fù)位時(shí)，將存儲(chǔ)的信息通過CPU分別存入SDRAM（1）、（2）；此時(shí)SDRAM（1）用于系統(tǒng)程序運(yùn)行存儲(chǔ)，而SDRAM（2）用于獨(dú)立顯示存儲(chǔ)。DMA負(fù)責(zé)把顯示信息從SDRAM（2）中順序提取，并送入LCD控制模塊中的視頻緩存FIFO中，并配合LCD的控制時(shí)序，把顯示像素?cái)?shù)據(jù)RGB送到LCD顯示器上顯示。這個(gè)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)是給與系統(tǒng)以獨(dú)立的程序運(yùn)行空間和視頻數(shù)據(jù)的緩存。但存在一定的局限性。這個(gè)方案的特點(diǎn)是系統(tǒng)結(jié)構(gòu)清晰；系統(tǒng)程序和像素?cái)?shù)據(jù)分開存儲(chǔ)，劃分嚴(yán)格，有良好的操作性。圖31 方案（一）系統(tǒng)框圖Fig. 31 System diagram of blue print（二）方案（二）設(shè)計(jì)，邏輯器件由以下組成：表3－2 方案二邏輯器件Table 32 logic device of blue printNios CPUDMAMUXSDRAMFlash11111同方案（一）Flash用來存儲(chǔ)初始化程序和圖像信息，系統(tǒng)上電復(fù)位后，信息通過Nios CPU將信息存于同一個(gè)SDRAM中，劃分SDRAM的地址分配，使系統(tǒng)和像素信息共享SDRAM空間。這個(gè)系統(tǒng)的特點(diǎn)就是把系統(tǒng)程序的運(yùn)行空間和顯示存儲(chǔ)器共享一個(gè)SDRAM。能實(shí)現(xiàn)共享，就可以實(shí)現(xiàn)獨(dú)立例如【方案（一）】。有一定通用性。中斷響應(yīng)中斷請(qǐng)求SDRAMSDRAM controllerMUXLCD控制器TFT顯示屏FlashNiosCPUDMA圖32 方案（二）系統(tǒng)框圖Fig. 32 System diagram of blue print4 方案的分析及選定綜合上述兩個(gè)方案的設(shè)計(jì)分析其各自的特點(diǎn)：方案（一），采用雙SDRAM設(shè)計(jì)，這是設(shè)計(jì)初期的方案，當(dāng)時(shí)為了思路的簡(jiǎn)明、結(jié)構(gòu)上采取了獨(dú)立SDRAM的