北航 NIOSII 教程.ppt

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计算机EDA设计教程
北航计算机学院艾明晶
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共2学时
第7章 Nios Ⅱ嵌入式处理器设计
Nios Ⅱ嵌入式处理器简介
Nios Ⅱ嵌入式处理器软、硬件开发流程
Nios Ⅱ嵌入式处理器系统的开发
Nios Ⅱ嵌入式处理器外围接口
HAL系统库
设计实例——电子钟
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Nios Ⅱ嵌入式处理器简介
一、第一代Nios嵌入式处理器
二、第二代Nios嵌入式处理器
三、可配置的软核嵌入式处理器的优势
内容概要
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Nios Ⅱ嵌入式处理器简介
一、第一代Nios嵌入式处理器
2000年,Altera发布了Nios处理器,这是第一款可用于可编程逻辑器件的可配置的软核处理器。
基于RISC技术
16位指令集
16/32位数据通道
5级流水线
在一个时钟周期内完成一条指令的处理
具有一种基于JTAG的OCI(片上仪器)芯核
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Nios Ⅱ嵌入式处理器简介
2003年,,它有16位和32位两个版本,能在低成本的Cyclone和高性能的Stratrix芯片上实现。
主要特性:
更多的可配置寄存器
极大的灵活性和可扩展性
功能强大的开发工具(SOPC Builder)
第一代Nios处理器的缺点
没有提供软件开发的集成环境,用户需要在Nios SDK Shell中以命令行的形式执行软件的编译、运行、调试。程序的编辑、编译、运行都是分离的。
不支持对项目的编译。
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Nios Ⅱ嵌入式处理器简介
二、第二代Nios嵌入式处理器
2004年6月,Altera继在全球推出CycloneⅡ和StratrixⅡ器件系列后,又推出支持这些新款芯片的NiosⅡ嵌入式处理器。
与第一代Nios相比,最大处理性能提高了3倍,CPU内核部分的面积最大可缩小1/2(32位Nios 处理器占用1500个LE, Nios II 最少只占用600个LE)。广泛应用于嵌入式系统的设计中。
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Nios Ⅱ嵌入式处理器简介
种类
特性
CPU结构
32Bit指令集
32Bit数据宽度线
32个通用寄存器
2G Byte寻址空间
片内调试
基于边界扫描测试(JTAG)的调试逻辑,支持硬件断点、数据触发以及片外和片内的调试跟踪
定制指令
最多达到256个用户定义的CPU指令
软件开发工具
NiosⅡIDE(集成开发环境)
基于GNU的编译器
硬件辅助的调试模块
表7-1 Nios Ⅱ系列处理器的特性
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Nios Ⅱ嵌入式处理器简介
Nios II提供3种不同的内核,以满足系统对不同性能和成本的需求。
最高性能的优化
平衡性能和尺寸
最小逻辑占用的优化
表7-2 Nios Ⅱ系列处理器的成员
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Nios Ⅱ嵌入式处理器简介
Nios Ⅱ vs Nios
Nios Ⅱ
Pipelined RISC Architecture
32-Bit Instructions
Flat Register File
32-Bit Data Path
32 Prioritized Interrupts
Optional Instruction & Data Cache
Custom Instructions
Branch Prediction
Nios
Pipelined RISC Architecture
16-Bit Instructions
Windowed Register File
16 -Bit or 32-Bit Data Path
64 Prioritized Interrupts
Optional Instruction & Data Cache
Custom Instructions
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Nios Ⅱ嵌入式处理器简介
Nios Ⅱ: Faster & Smaller(Nios Ⅱ/f)