FPGA 之 SOPC 系列（一）
今天給大俠帶來今天帶來FPGA 之 SOPC 系列第一篇，SOPC概述，希望對各位大俠的學習有參考價值，話不多說，上貨。
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概述
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在開始今天第一篇之前，讓我們一起來看一些相關名詞的解釋，以方便后續更好的學習。具體如下：
EDA：電子設計自動化 。EDA技術就是以計算機為工具，設計者在EDA軟件平臺上，用硬件描述語言HDL完成設計文件，然后由計算機自動地完成邏輯編譯、化簡、分割、綜合、優化、布局、布線和仿真，直至對于特定目標芯片的適配編譯、邏輯映射和編程下載等工作。
IC：是半導體元件產品的統稱,包括:集成電路、三極管、特殊電子元件。
ASIC：專用IC。是指為特定的用戶、某種專門或特別的用途而設計的芯片組。
SOC：片上系統。隨IC設計與工藝的提高，使原先由許多IC組成的電子系統可集成到一個芯片上，構成SOC。
SOPC：可編程的片上系統。是Altera公司提出來的一種靈活、高效的SOC解決方案。也可認為是基于FPGA解決方案的SOC。
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開發操作軟件：
Quartus II?：?Intel Altera公司的可編程邏輯器件集成開發環境，提供從設計輸入到器件編程的全部功能。
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SOPC Builder：功能強大的基于圖形界面的片上系統定義和定制工具。SOPC Builder庫中包括處理器和大量的IP核及外設。
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Nios II：是Nios II系列嵌入式處理器的基本軟件開發工具。所有軟件開發任務都可以Nios II IDE下完成，包括編輯、編譯和調試程序。?
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上述以簡短的篇幅介紹了SOPC技術及Altera可用于SOPC的FPGA，重點介紹了32位NIOS II軟核處理器。電子設計自動化技術的發展歷史是一個不斷創新的過程，這種創新包括理論創新、技術創新和應用創新。每一種創新都能開拓出一個新的領域，帶來新的市場，產生重大的影響。
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集成電路發展過程：
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SOPC及其技術
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sopc
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System On Programmable Chip,可編程的片上系統。是Altera公司提出來的一種靈活、高效的SOC解決方案。
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SOPC將處理器、存儲器、I/O、LVDS、CDR等系統設計需要的功能模塊集成到一個可編程器件上，構成一個可編程的片上系統。
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現今SOPC可以認為是基于FPGA解決方案的SOC。
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與ASIC的SOC解決方案相比，SOPC系統及其開發技術具有更多的特色，構成SOPC的方案也有多種途徑。
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構成SOPC的三種方案
1、基于FPGA嵌入IP硬核的SOPC系統
2、基于FPGA嵌入IP軟核的SOPC系統
3、基于HardCopy技術的SOPC系統
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1、基于FPGA嵌入IP硬核的SOPC系統
該方案是指在FPGA中預先植入處理器。最常用的是含有ARM32位知識產權處理器核的器件。為了到達通用性，必須為常規的嵌入式處理器集成諸多通用和專用的接口，但增加了成本和功耗。如果將ARM或其它處理器核以硬核方式植入FPGA中，利用FPGA中的可編程邏輯資源，按照系統功能需求來添加接口功能模塊，既能實現目標系統功能，又能降低系統的成本和功耗。這樣就能使得FPGA靈活的硬件設計與處理器的強大軟件功能有機地結合在一起，高效地實現SOPC系統。
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2、基于FPGA嵌入IP軟核的SOPC系統
IP硬核直接植入FPGA存在以下不足：
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?IP硬核多來自第三方公司，FPGA廠商無法控制費用，從而導致FPGA器件價格相對偏高。
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?IP硬核預先植入，使用者無法根據實際需要改變處理器結構。更不能嵌入硬件加速模塊(DSP)。
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?無法根據實際設計需要在同一FPGA中集成多個處理器。
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?無法根據實際設計需要裁減處理器硬件資源以降低FPGA成本。
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?只能在特定的FPGA中使用硬核嵌入式處理器。
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IP軟核處理器能有效克服上述不足：
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目前最有代表性的軟核處理器分別是Altera公司的Nios II核，以及Xilinx公司的MicroBlaze核。特別是Nios II核，能很好的解決上述五方面的問題。
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?Altera的Nios II核是用戶可隨意配置核構建的32位嵌入式處理器IP核，采用Avalon總線結構通信接口；包含由FS2開發的基于JTAG的片內設備內核。
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在費用方面，由于Nios II是由Alter公司直接提供而非第三方廠商產品，故用戶通常無需支付知識產權費用，Nios II的使用費用僅僅是其瞻仰的FPGA邏輯資源的費用。
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3、基于HardCopy技術的SOPC系統
HardCopy就是利用原有的FPGA開發工具，將成功實現于FPGA器件上的SOPC系統通過特定的技術直接向ASIC轉化，從而克服傳統ASIC設計中普遍存在的問題。ASIC(SOC)開發中難于克服的問題包括：開發周期長、產品上市慢、一次性成功率低、有最少投片量要求、設計軟件工具繁多且昂貴、開發流程復雜等。
利用HardCopy技術設計ASIC，開發軟件費用少，SOC級規模的設計周期不超過20周，轉化的ASIC與用戶設計習慣的掩模層只有兩層，且一次性投片的成功率近乎100%，即所謂的FPGA向ASIC的無縫轉化。用ASIC實現后的系統性能將比原來在HardCopy FPGA上驗證的模型提高近50%，而功耗則降低40%。
HardCopy技術是一種全新的SOC級ASIC設計解決方案，即將專用的硅片設計和FPGA至HardCopy自動遷移過程結合在一起的技術，首先利用Quartus II將系統模型成功實現于HardCopy FPGA上，然后幫助設計者把可編程解決方案無縫地遷移到低成本的ASIC上。這樣，HardCopy器件就把大容量FPGA的靈活性和ASIC的市場優勢結合起來，實現對于有較大批量要求并對成本敏感的電子產品上，從而避開了直接設計ASIC的困難。
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NIOS II 軟核處理器
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Nios II軟核處理器簡介
繼Nios之后，2004年6月Altera公司又推出了性能更好的Nios II (32位)嵌入式軟核處理器。
Nios II 的特點：
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最大處理性能提高了3倍
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CPU內核面積最大可縮小1/2
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32位RISC嵌入式處理器具有超過200DMIP的性能，在低成本FPGA中實現成本只有35美分。
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由于Nios II是軟核形式，其可在多種系統設置組合中進行選擇，滿足成本和功能要求。
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可延長產品生命周期，防止出現處理器逐漸過時的情況。
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Nios II 開發包有一套通用外設和接口庫。
注：表中橙色底色部分的外設由MegaCore或者Altera Megafunction Partners Program（AMMP）提供，其余的包含在Nios II開發包中。本表并不包含所有可用的IP。
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基于Nios II處理器的嵌入式系統開發
并且利用SOPC Builder軟件中的用戶邏輯接口向導，用戶還可以生成自己的定制外設，并將其集成在Nios II處理器系統中。
使用Altera的Quartus II 軟件、SOPC Builder工具以及Nios II IDE，用戶可以輕松地完成基于Nios II處理器的嵌入式系統開發。
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Nios II 處理器系列包括三種內核：
1、Nios II/f (快速)：性能最高，但占用的邏輯資源最多。
2、Nios II/e (經濟)：占用的邏輯資源最少，但性能最低。
3、Nios II/s (標準)：平衡的性能和尺寸。NiosII/s內核比第一代的Nios CPU更快，占用的資源更少。
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Nios II 嵌入式處理器的特點：
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可配置嵌入式軟核處理器的優勢：
降低成本、設計復雜性和功耗的解決方案，提供合理的性能組合，提升系統的性能，降低系統成本，延長產品的生命周期。
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Altera支持SOPC的FPGA簡介
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Intel Altera系列產品：
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Cyclone 系列：Cyclone II 系列
具有很高的性能和極低的功耗，而價格和ASIC相當，能夠提供多種功能，為價格敏感的應用提供大批量產品解決方案。
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Stratix 系列：
Stratix FPGA 為滿足高帶寬系統的需求進行了優化，具有非常高的內核性能、存儲能力、架構效率，主要用于高端FPGA市場。
Stratix?II 系列：在Stratix基礎上增加了新的特性。
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FPGA 之 SOPC 系列第一篇就到這里結束，明天繼續帶來第二篇，SOPC開發流程及開發平臺簡介相關內容。各位大俠，明天見！
總結
以上是生活随笔為你收集整理的FPGA 之 SOPC 系列（一）的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
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