基于FPGA的SOPC嵌入式系统的设计

康凯

摘 要：当前FPGA在嵌入式系统的设计中占有重要地位，本文阐述了FPGA、SOPC的特点及其发展趋势以及使用，Quartus II、SOPC Builder和Nios II IDE工具在FPGA器件上实现SOPC嵌入式系统的设计。

关键词：FPGA；SOPC；嵌入式；系统

1 前言

微电子技术的发展历史是一个不断创新的过程，这种创新包括理论创新、技术创新和应用创新。每一种创新都能开拓出一个新的领域，带来新的市場，产生重大的影响。嵌入式系统有三十多年的发展历史，其由硬件、软件交替发展试发展而来，嵌入式实时内核出现，其包括中断和任务管理、任务间通讯、同步和排斥、内存管理等。根据IEEE定义“devices used to control，monitor，or assist the operation of equipment，machinery or plants”（中文翻译为：用于控制、监视、者辅助操作机器和设备的一种装置）。

2 FPGA特点及优势

现场可编程门阵列（Field Programmable Gate Array，简称FPGA）其是一种新型的可编程逻辑器（Programmable Logic Device简称PLD）。其能够完成74系列芯片至高性能CPU数字器件的功能。现场可编程门阵列器件是一九八五年Xilinx公司第一次推出，其是一种高密度的可编程逻辑器，由 CMOS-SRAM工艺完成制造。FPGA的由可编程逻辑块、可编程I/O模块和可编程内部连线3部分组成。编译数据存放在片内的即静态随机存储器（Static RAM，简称SRAM），基于静态随机存储器的FPGA器件从芯片外部加载配置数据进行工作。

3 SOPC基本结构

Altera公司秉承了创新的传统，作为可编程芯片系统（System-on-a-Programmable-Chip，SOPC）解决方案的倡导者，其是基于大规模FPGA的一种单片系统。SOPC的设计技术集成计算机辅助设计技术CAD（Computer Aided Design）、电子设计自动化EDA（Electronic Design Automation）技术和大规模集成电路技术，LSI（Large Scale Integration）技术。其包括嵌入式处理器系统、接口系统、硬件协处理器、数字信号处理系统、数字信号通信系统、存储电路以统等。……