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现代SOC系统的实现在数据采集分析系统上的应用

王视听  
【摘要】:随着嵌入式设备与Internet的广泛结合,手机、PDA、路由器、调制解调器等复杂的高端产品对嵌入式处理器性能提出了更高的要求。虽然以8位单片机为核心的嵌入式技术不断发展,性能也不断提高,但由于其性能的局限性,已无法满足很多高性能嵌入式处理器的要求。激烈的市场、技术竞争要求不断提高嵌入式系统的性价比;同时,也要求缩短嵌入式系统的开发周期、增强设计的灵活性。因此,本文在手持式实时数据采集分析系统中探索性的使用了一种新型处理器——软核处理器NIOS Ⅱ,进行一种新产品的开发。 首先,本文介绍了嵌入式系统的发展历程及其软硬件的现状、使用方法和发展趋势。其次,介绍了嵌入式SOC系统的设计流程。先是进行硬件设计,然后是软件设计,接着是仿真、调试、检验整个系统,最后再根据实际的产品用量和实际功耗等方面的因素考虑是否使用结构化ASIC来代替FPGA。接着,再从CPU的结构、多种开放式IP核、专用承载芯片FPGA的结构、HardCopy器件的使用、NIOS Ⅱ软核处理器的优点和缺点等角度讲述了软核处理器的硬件开发环境;并且从QUARTUSⅡ软件、嵌入式操作系统的介绍和使用方法、其他一些嵌入式系统常用的软件等方面,讲述了软核处理器的软件开发环境。最后,通过一个NIOS Ⅱ软核处理器实际应用的例子来详细的讲解怎样使用各种开发工具来实现整个现代SOC系统设计。在这个例子里,硬件使用了一个ALTERA公司的大容量FPGA芯片,实现了一个5核NIOS2处理器、双通道FFT、双通道FIR、双通道NCO、多个定时器、多个DMA等IP核的硬件结构;软件使用了UCLINUX操作系统,但是因为UCLINUX本身不支持多核处理器,所以只在一个NIOS Ⅱ处理器上成功的使用了UCLINUX。对于本设计采用的5核NIOS Ⅱ处理器结构,本文也提出了相应的操作系统解决方案,就是用Paolo.gai专门为多核NIOS Ⅱ处理器改造的操作系统,目前Paolo.gai已经在双核处理器上实验成功。但是由于各种开发条件和时间等因素的限制,本人没有做5核NIOS Ⅱ处理器的操作系统的设计工作。 本文以现代嵌入式系统设计为题目,重点讲述了现代SOC系统设计的方法和未来的发展趋势,同时引入了很多最新的技术,并且对部分技术做了尝试性的实验,并且得到了一些可喜的结果。重点突出的展现了NIOS Ⅱ具有的高性能、低成本、可配置、易使用、开发周期短等优点,同时预见性的展现了硬件软件化和软件硬件化的设计思想在将来SOPC系统设计中可能会起到划时代的作用。可以


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