NIOS嵌入式处理器的特性说明

Posted 2023-03-23

参考技术A

设计流程及工具
硬件开发工具 本页面详列了搭建Nios II处理器硬件系统所用到的开发工具。
软件开发工具 本页面提供了Nios II集成开发环境(IDE)的相关信息，这是一种开发人员广泛应用的，包含编辑、编译和调试应用软件等功能的集成开发环境。
开发套件 Altera及其合作伙伴提供了大量应用了NiosII系列嵌入式处理器的开发板套件。
系统级设计流程 Altera的SOPC Builder工具提供了快速搭建SOPC系统的能力，这种架构可以是包含一个或几个CPU，提供存储器接口，外围设备和系统互连逻辑的复杂系统。
构架及特性
Nios II处理器核 Nios II处理器系列由三个不同的内核组成，可以灵活地控制成本和性能，从而拥有广泛的应用空间。
JTAG调试模块 JTAG调试模块提供了通过远端PC主机实现Nios II处理器的在芯片控制、调试和通讯功能，这是Nios II处理器的一个极具竞争力的特性。
用户指令 开发人员可以在Nios II CPU 核内增加硬件，用以执行复杂运算任务，为时序要求紧张的软件提供加速算法。
外围设备及接口 Nios II开发套件包括一套标准外围设备库，在Altera的FPGA中可以免费使用。
Avalon™交换式总线 Avalon交换式总线在处理器、外围设备和接口电路之间实现网络连接，并提供高带宽数据路径、多路和实时处理能力。Avalon交换式总线可以通过调用SOPC Builder设计软件自动生成。
设计资源
Nios II处理器支持 Nios II处理器支持页面提供了对Nios II 设计者有帮助的多种信息，其中包括使用许可、下载、参考设计、文档资料、在线展示及常见问题。
嵌入式处理器方案中心 嵌入式处理器方案中心提供了大量的信息以帮助开发人员应用Altera的嵌入式处理器实现系统设计。可获取的信息有器件支持、软件开发工具，外围设备及接口、培训、技术支持和资料。
Nios续订信息 Nios II开发套件包括一年期的CPU、外设和嵌入式软件开发工具的升级许可。（其中不包括Quartus® II软件的升级。）客户可以通过Nios续订程序每年订购包括Nios II 处理器的升级等额外信息。
Nios II嵌入式处理器问与答页面 此页提供Altera Nios II系列嵌入式处理器的常见问题及解答。
Stratix® II器件及Nios II处理器系列 Stratix II器件结构的优异特性和Nios II嵌入式处理器系列相结合，提供了无与伦比的处理能力，满足网络、通信、数据信号处理(DSP)应用、海量存储及其他高带宽系统的应用需求。
Stratix器件及Nios II处理器系列 Stratix FPGA结构的优异特性和Nios II嵌入式处理器相结合，提供了很高的处理能力，满足高带宽系统应用需求。
Cyclone™器件及Nios II处理器系列 在Cyclone器件中应用Nios II嵌入式处理器系列，降低了成本，提高了灵活性，在价格敏感应用环境中给低成本分立式微处理器提供了一个理想的替代品。
在HardCopy II结构化ASIC中实现Nios II处理器
Nios® II系列嵌入式处理器具有三个处理器内核，可实现较大范围的嵌入式处理应用。这些软IP处理器内核可以工作在任何最新一代Altera® FPGA以及HardCopy®系列结构化ASIC上。设计人员可以选择使用高性能内核、低成本内核或者性价比合适的内核。Nios II系列处理器可实现如下任务：
做为系统处理器运行实时操作系统
实现复杂的状态机
分担现有处理器载荷
执行I/O和数据处理任务
加速数字信号处理(DSP)算法
在HardCopy II结构化ASIC中运行时，Nios II嵌入式处理器出众的处理能力满足了高性能片上系统(SOC)的要求。Nios II嵌入式处理器能够提供系统级处理器性能，实现处理器和系统功能以及逻辑在单个器件中的集成。HardCopy II结构化ASIC和Nios II嵌入式处理器结合使用能够满足计算、大容量存储、电信和网络应用的要求。
图1是单个HardCopy II结构化ASIC中多个Nios II处理器在数据处理和控制应用上的实例。
图1. HardCopy II器件中Nios II处理器进行数据处理
HardCopy器件设计流程使设计人员可以在一个FPGA中测试、验证其设计。然后将经过验证的设计递交给HardCopy设计中心，以没有风险的无缝移植方式在结构化ASIC中实现。HardCopy结构化ASIC是唯一能够实现在正式投产前，硬件功能在FPGA中验证以及系统软件在真实系统配置环境中进行设计、测试的器件。
由于设计在移交给Altera之前在FPGA中进行了测试，因此Altera从第一个原型开始就可以保证实现芯片的全部功能。
HardCopy II结构化ASIC体系结构
HardCopy II结构化ASIC基于Stratix II系列FPGA，在HardCopy II器件和Stratix II FPGA之间有多个原型选择。这取决于所需的HardCopy器件、I/O引脚和封装要求。HardCopy II器件具有高达350-MHz的性能，以Nios II处理器内核实现迄今为止最高的性能表现，而只消耗原型Stratix II器件的一半功率。
Stratix II器件结构中的嵌入式DSP模块也可以应用在HardCopy II器件中。这些DSP模块是对Nios II用户指令集和其他硬件加速单元的完美补充。DSP设计人员可以在高性能硬件DSP模块中生成DSP算法和复杂的数学程序，做为常用软件程序来访问或者做为Nios II CPU的用户指令来运行。设计人员可以方便灵活的实现高级软件设计，支持结构化ASIC中的并行硬件操作性能，而不需要进行额外的时钟加速。
HardCopy II器件的存储器可满足典型SOC的所有存储要求。每个最大9 M-RAM模块可提供64-K字节段。最大的HardCopy II器件含有576 K字节源码和数据存储。HardCopy II结构化ASIC还支持高速存储器接口，可使用最新的DDR2 SDRAM进行外部源码和数据存储。
低成本许可方式
Nios II系列嵌入式处理器以一次付清的方式进行许可，不需要对每个器件或每个工程支付额外的版税。Nios II许可允许在任何Altera器件中使用处理器内核，因此采用Nios II处理器和HardCopy II器件可为批量产品提供最具成本效益的解决方案。
Nios II许可通常做为Nios II开发包的一部分进行购买。现在可应用于Stratix®、Stratix II 和 Cyclone™ 器件系列，开发包含有Quartus® II FPGA设计软件和Nios II集成开发环境以及Nios II全部许可。所有的开发包都包括一块开发板及所需的电缆、电源，用户在打开包装后的几分钟内就可以使用Nios II处理器进行开发设计。
全面的SOPC解决方案
Altera的SOPC Builder自动系统开发工具为设计人员提供了强大的开发平台，可构成包括处理器、外设和存储器接口等常用系统组成的总线系统。
HardCopy II设计流程得益于采用了在FPGA原型阶段，FPGA设计文件生成时的SOPC Builder模块设计方法。基于模块的设计方法有助于Nios II处理器和其他IP模块同用户逻辑、用户指令和硬件加速器等典型高密度逻辑设计组成的集成。
Nios II外设和接口库页面上有适用于Nios II处理器的外设的更多详细信息