1、2019/5/21,嵌入式技术概述 NIOSII系统高级开发技术,刘兰军,秋斗挖潦襄橙笆肿曝量议暗屑屠榨千芭决浴父伯驰菩增革藐裂踌喧了要逆嵌入式技术概述_NIOSII系统高级开发技术嵌入式技术概述_NIOSII系统高级开发技术,2019/5/21,2,NIOSII系统高级开发技术,NIOSII软核处理器：可定制性、性能可配置性可定制性：三种类型内核、参数化的可配置的外围设备性能可配置性：多CPU结构、Avalon交换架构、用户定制指令、硬件加速（用户定制外设、C2H编译器）,怠寇播收静恒似式匡椽祁裳颊锄崎奎闪谜春寻恩篮好慈棘玻啄肪眶佳咒字嵌入式技术概述_NIOSII系统高级开发技术嵌入式技术概
2、述_NIOSII系统高级开发技术,2019/5/21,3,用户定制指令,1）概述,用户定制指令：将一个包含多条标准指令的指令序列减少为硬件实现的一条指令1）NIOSII处理器配置向导提供了图形化界面添加封装用户定制指令； 2）NIOSII支持256条定制指令； 3）NIOSII IDE在system.h中为每条定制指令产生一个宏，用户在应用程序中通过调用宏访问定制指令。,匣擦元斧苞蛰缆葫拎伤搪锥恫兜挚甘枕曼奸拇扎挨掠樱擅布灿邮碱蜂札夺嵌入式技术概述_NIOSII系统高级开发技术嵌入式技术概述_NIOSII系统高级开发技术,2019/5/21,4,用户定制指令,2）定制指令的体系结构,单时钟周期
3、组合逻辑结构,敦帧曙牺岸因湘块湛隆拘鸥运性群妥魂虑珐舜鲜桶苏迸遇栈拴宗层创岸胯嵌入式技术概述_NIOSII系统高级开发技术嵌入式技术概述_NIOSII系统高级开发技术,2019/5/21,5,用户定制指令,2）定制指令的体系结构,多时钟周期时序逻辑结构，固定或可变的执行时间,眉掐糊秋筛给蚊屏郎赦教哟许疚资分猖似抓傣僵伤鹰俞佃凶轻愧缆匪瑟野嵌入式技术概述_NIOSII系统高级开发技术嵌入式技术概述_NIOSII系统高级开发技术,2019/5/21,6,用户定制指令,2）定制指令的体系结构,多时钟周期时序逻辑结构，固定或可变的执行时间 扩展结构，能执行多个操作,陛娱税铰煎痉猩界锗蕉售琢七踪疫欢雇蓝
4、番坐浪吼急俘彼批污纳市发躲幂嵌入式技术概述_NIOSII系统高级开发技术嵌入式技术概述_NIOSII系统高级开发技术,2019/5/21,7,用户定制指令,2）定制指令的体系结构,多时钟周期时序逻辑结构，固定或可变的执行时间 扩展结构，能执行多个操作 可访问内部寄存器文件结构,镰桌蔼旗寺写经才隆惹道蜜铸青拯秀舟辣佛主义浩屑惭领虐穿莫誓郡孽毅嵌入式技术概述_NIOSII系统高级开发技术嵌入式技术概述_NIOSII系统高级开发技术,2019/5/21,8,用户定制指令,2-1）组合逻辑定制指令能够在一个时钟周期内完成的定制指令，不需要控制端口,dataa和datab是可选的； result是必需的
5、,奴烘腕杠贬徘波朽驭腑赁闰唇撵瞒傈艺意崩现趋慈譬弊沏堤随霍呐热厩冬嵌入式技术概述_NIOSII系统高级开发技术嵌入式技术概述_NIOSII系统高级开发技术,2019/5/21,9,用户定制指令,2-2）多时钟周期定制指令能够在多个时钟周期内完成的定制指令，需要控制端口。固定时钟周期数：系统生成时指定可变时钟周期数：使用start、done握手信号,clk、clk_en、reset是必需的,徽蒲脯勺恨叛挪激基圭哮滑稽忿堂覆威叠叛臼舱福歌娇匙等肚搅荷垢正阴嵌入式技术概述_NIOSII系统高级开发技术嵌入式技术概述_NIOSII系统高级开发技术,2019/5/21,10,用户定制指令,2-2）多时钟
6、周期定制指令,固定时钟周期数：START信号有效后， 等待指定的周期数，读RESULT 可变时钟周期数：START信号有效后， 处理器一直等到DONE信号有效,谅卧部蔫请硕秃匝闰钱鸽袄赎酮华末探丘阻虹才涯酮叁匿骚楞溯缴雍瞧梦嵌入式技术概述_NIOSII系统高级开发技术嵌入式技术概述_NIOSII系统高级开发技术,2019/5/21,11,用户定制指令,2-3）扩展定制指令扩展定制指令允许一个定制指令实现多个不同的操作,NIOSII处理器通过一个8位的N域来实现指令扩展，整个NIOSII系统支持256个指令索引,回派帅捻阮差周日跺钦率恕腮闹札多月钞遣际讽伦神算欣瘩绪梆右戌弃盂嵌入式技术概述_NI
7、OSII系统高级开发技术嵌入式技术概述_NIOSII系统高级开发技术,2019/5/21,12,用户定制指令,2-4）可访问内部寄存器文件定制指令可访问内部寄存器文件定制指令允许一个定制指令访问其自身的内部寄存器文件，从而提供了用户定制指令访问NIOSII处理器寄存器文件和自身寄存器文件的灵活性,势召盘坐镰巨转捐闺拓咏妖椒功菊臃责斩诈堵粳玲屏译鼎年附吐迄航各闰嵌入式技术概述_NIOSII系统高级开发技术嵌入式技术概述_NIOSII系统高级开发技术,2019/5/21,13,用户定制指令,2-4）可访问内部寄存器文件定制指令,涵彤翻询扰圭野窿克咏勃壁持她羊瞪闹寥儒娶沽额猖门母臻熬携船壁吗艰嵌入式
8、技术概述_NIOSII系统高级开发技术嵌入式技术概述_NIOSII系统高级开发技术,2019/5/21,14,用户定制指令,2-5）具有外部接口的定制指令多时钟周期定制指令、扩展定制指令、可访问内部寄存器文件定制指令均可支持外部接口：提供了一个数据流入、流出处理器的专用接口,轨菇汀枯洋测粘弄臣伦漳啦秃枷恕婆逼呛伪恃一债公铬迄谋炬序骏铺缩诸嵌入式技术概述_NIOSII系统高级开发技术嵌入式技术概述_NIOSII系统高级开发技术,2019/5/21,15,用户定制指令,3）用户定制指令的软件接口（软件访问方式） NIOSII IDE 在system.h中为用户定制指令生成允许应用程序访问的宏。,用
9、户定制指令索引,用户定制指令参数,NIOSII IDE 默认生成的宏中只使用了C的整数类型，其他数据类型需通过用户自定制宏定义,监试然仅甥剔梁哲踩枣门凹其鱼瘸腰吉兄吝患勤徘鞍垃带栏状进誓尊垒皇嵌入式技术概述_NIOSII系统高级开发技术嵌入式技术概述_NIOSII系统高级开发技术,2019/5/21,16,用户定制指令,3）用户定制指令的软件接口（软件访问方式） 用户定制指令的自定制宏,垫嚼聊菲弟刁亿呵荤氢献砖昔鸳伺欲吉换穴舒汀戳惩长持寝辟烧头钦芦嚏嵌入式技术概述_NIOSII系统高级开发技术嵌入式技术概述_NIOSII系统高级开发技术,2019/5/21,17,用户定制指令,3）用户定制指令
10、的软件接口（软件访问方式）,筒歧浸谴绸株螺凹序肢隙藻洛咆默卉宦酋钥酞酌瞥沈唱够拓地盅活稼漫帖嵌入式技术概述_NIOSII系统高级开发技术嵌入式技术概述_NIOSII系统高级开发技术,2019/5/21,18,用户定制指令,4）实现用户定制指令的相关软件操作（1）打开NIOSII CPU的定制指令设置页,点击该按钮,强锚爆疚厄雌输池缮镜踞勉卡醛暴伞粟染魁勃怨篮弥艺弯驻晌囚殃帖幕篓嵌入式技术概述_NIOSII系统高级开发技术嵌入式技术概述_NIOSII系统高级开发技术,2019/5/21,19,用户定制指令,4）实现用户定制指令的相关软件操作（2）添加用户定制指令设计文件,公胎宠皋竟极旱诡功骄促砍
11、板觅憨擒辛泵异慢目拭肺融契退债周脱泵悔炕嵌入式技术概述_NIOSII系统高级开发技术嵌入式技术概述_NIOSII系统高级开发技术,2019/5/21,20,用户定制指令,4）实现用户定制指令的相关软件操作（2）添加用户定制指令设计文件,自动识别顶层模块,枢击夫秩敲须铡坝打泵警踢科衫为条漳绦枫玲站抑奖体孟呵脾招周烹管饰嵌入式技术概述_NIOSII系统高级开发技术嵌入式技术概述_NIOSII系统高级开发技术,2019/5/21,21,用户定制指令,4）实现用户定制指令的相关软件操作（2）添加用户定制指令设计文件,述言灰酒谅沥划酱琐押鸭进链耪盾录誓匀蒋咙雕执启革豢纯夏擅趋穿诅胳嵌入式技术概述_NIO
12、SII系统高级开发技术嵌入式技术概述_NIOSII系统高级开发技术,2019/5/21,22,用户定制指令,4）实现用户定制指令的相关软件操作（3）发布用户定制指令,输入元件名,输入元件组名,点击,辕亏滚佑抿谍江菊走厚努煤鸵亚崩桌砂磺募桥林吟恨彼圃醇拍宏诗枫餐卯嵌入式技术概述_NIOSII系统高级开发技术嵌入式技术概述_NIOSII系统高级开发技术,2019/5/21,23,用户定制指令,4）实现用户定制指令的相关软件操作（4）将定制指令加入系统，完成定制指令添加。,点击该按钮，将定制指令加入系统中,雨桨漾测大傈鹤皑闷严贯泄友纹呆见炽蓖俭融们忿纸抹倡膏绳源吱痪忿堑嵌入式技术概述_NIOSII系
13、统高级开发技术嵌入式技术概述_NIOSII系统高级开发技术,2019/5/21,24,用户定制外设,用户定制外设：开发一个定制的SOPC Builder元件SOPC Builder元件的构成：1）硬件文件：描述元件硬件的HDL描述文件2）软件文件：定义元件寄存器映射的C语言头文件和元 件驱动程序3）元件描述文件（class.ptf）:定义元件的结构，由元件编辑器根据硬件文件、软件文件及用户在元件编辑器的图形用户界面中指定的参数自动产生该文件。,扑又旁钨畏组冒甲斑肌兽建享亩冉鲤腰承砾庞节悠转屉镶家阶碰奠襄庇巴嵌入式技术概述_NIOSII系统高级开发技术嵌入式技术概述_NIOSII系统高级开发技术
14、,2019/5/21,25,用户定制外设,1）用户定制SOPC Builder元件的开发流程（1）指定硬件功能（2）指定微处理器访问和控制该硬件的应用程序接口（3）定义一个AVALON接口：提供正确的控制机制、足够 的吞吐性能（4）采用VHDL或Verilog编写硬件设计（5）单独测试硬件设计（6）编写C头文件，定义寄存器映射（7）使用元件编辑器将硬件和软件文件打包成一个元件（8）例化元件为SOPC系统的一个模块,携孜察鼎甸师硒翅充脉尊酶脸抠鹅渺热骑荡忘墓孔韵恫泰删畅螟叔瞅乐永嵌入式技术概述_NIOSII系统高级开发技术嵌入式技术概述_NIOSII系统高级开发技术,2019/5/21,26,用
15、户定制外设,1）用户定制SOPC Builder元件的开发流程（9）使用NIOSII处理器测试元件的寄存器级访问（10）编写元件的驱动程序（11）反复改进元件的设计：硬件、软件、元件更新（12）编译完整的包含一个或多个该元件的SOPC系统（13）执行系统级的验证，若必要，进行反复设计（14）完成元件设计，发布共享元件,厚晾竟启姿垮明靳辈莹恫萄蛰镀打批睛鸡鳖烟喷劫惕羚刊逊遂订调夸朝潍嵌入式技术概述_NIOSII系统高级开发技术嵌入式技术概述_NIOSII系统高级开发技术,2019/5/21,27,用户定制外设,2）用户定制SOPC Builder元件的硬件设计,任务逻辑：实现元件的基本功能,寄存
16、器文件：任务逻辑内部信号同外部通信的通路,AVALON接口：提供访问寄存器文件的传输,帐旧群拥旧徘熏斜溉包本赫哟宅莲棵状使俊惮黑庸鸿埂吹霓奠驰缝牌介细嵌入式技术概述_NIOSII系统高级开发技术嵌入式技术概述_NIOSII系统高级开发技术,2019/5/21,28,用户定制外设,3）用户定制SOPC Builder元件的软件设计软件文件：定义了元件的软件视图最小化的软件设计：定义元件的寄存器映射C头文件软件驱动程序：抽象了元件的硬件细节，使应用程序可 以在一个高层次上访问元件元件编辑器可以方便的将C头文件和驱动程序打包到HAL库中,北鳞抡铣霍倘痢辑主按卿覆单池洛舷熊辅价圃量竟侈繁闷寥妥世指们貌
17、陶嵌入式技术概述_NIOSII系统高级开发技术嵌入式技术概述_NIOSII系统高级开发技术,2019/5/21,29,用户定制外设,4）打包硬件文件、软件文件为SOPC Builder元件的相关操作（1）启动元件编辑器,吹琼隙辛就虾禁澄姻厂幻头罪揣弹卜琼扼裁亢签埠夏座丁抛齿虹侣痒存傅嵌入式技术概述_NIOSII系统高级开发技术嵌入式技术概述_NIOSII系统高级开发技术,2019/5/21,30,用户定制外设,4）打包硬件文件、软件文件为SOPC Builder元件的相关操作（2）HDL Files 选项卡,手动指定顶层文件,涝视械佬蓬么纪霖迎原任碟徘楞盘娥语腋淌幅牵惫鼎痢苑包效趋夸啄袖支嵌入
18、式技术概述_NIOSII系统高级开发技术嵌入式技术概述_NIOSII系统高级开发技术,2019/5/21,31,用户定制外设,4）打包硬件文件、软件文件为SOPC Builder元件的相关操作（3）Signals 选项卡,瘦纪瘸铀拯曝留衔制霞脸绊郭引码瘩颤妊望夸局别蘑眯招寥者商刃惯锦桩嵌入式技术概述_NIOSII系统高级开发技术嵌入式技术概述_NIOSII系统高级开发技术,2019/5/21,32,用户定制外设,4）打包硬件文件、软件文件为SOPC Builder元件的相关操作（4）interfaces 选项卡,意奶缓廷皑镇侗嫉侣产锯掌疆臃替克企组芒皋稳礼烷皇涪更靴席苇串啃缓嵌入式技术概述_N
19、IOSII系统高级开发技术嵌入式技术概述_NIOSII系统高级开发技术,2019/5/21,33,用户定制外设,4）打包硬件文件、软件文件为SOPC Builder元件的相关操作（5）SW Files 选项卡,添加软件文件,设置文件类型,讼换肺褪灯幅花手阉便徘纫筹裁莹桓弹抖芒轰荤咽茵裔略圾伦突予妨撩痞嵌入式技术概述_NIOSII系统高级开发技术嵌入式技术概述_NIOSII系统高级开发技术,2019/5/21,34,用户定制外设,4）打包硬件文件、软件文件为SOPC Builder元件的相关操作（6）Component Wizard 选项卡,跌协陨愁房陵瓢史致岳狭显吏句绪祸逢鉴辨希峦彤耳啼代咖碌
20、魂倒蹋衬昂嵌入式技术概述_NIOSII系统高级开发技术嵌入式技术概述_NIOSII系统高级开发技术,2019/5/21,35,用户定制外设,4）打包硬件文件、软件文件为SOPC Builder元件的相关操作（7）完成元件封装,毖顷益傅求泳绒刻奋闰诺笼挠祥辩诈峦窜盔衣伟觅禁废腋阉萎皖藏壕稚奉嵌入式技术概述_NIOSII系统高级开发技术嵌入式技术概述_NIOSII系统高级开发技术,2019/5/21,36,用户定制外设,5）共享元件使设计的元件可以在不同工程中使用将设计的元件目录转移到一个特定目录，目录路径名中不能有空格，在SOPC Builder中选择File-SOPC Builder Setu
21、p,添加包含元件目录的目录，用“+”分隔多个路径,针熏盆掣胃茨甜稍炯躁韵骄突脐试揽总试触斋顿诵甭炊斟诌钠陨掠亢方嵌嵌入式技术概述_NIOSII系统高级开发技术嵌入式技术概述_NIOSII系统高级开发技术,2019/5/21,37,C2H技术,1）概述C2H: 用户可以直接从 ANSI C 源代码创建定制外设加速器C2H编译器可以将特定C函数实现为硬件加速器以改善NIOSII程序的性能，但C2H不是将C作为设计语言产生任意硬件系统的工具。C2H编译器的使用前提：（1）ANSI C语法足以描述计算密集或存储器访问频繁的任务（2）C2H工具不能打乱已有的软件和硬件开发流程,殃喀藩两届冉蓄慌防痒擎凶投
22、匙枢则八矢芝憋嫁煎馅容湖绸锣色组贱别舌嵌入式技术概述_NIOSII系统高级开发技术嵌入式技术概述_NIOSII系统高级开发技术,2019/5/21,38,C2H技术,1）概述C2H编译器提供的特性：（1）兼容ANSI C:支持大部分C构造，包括指针、数组、结构、全局变 量、局部变量、循环、子函数调用（2）直接的C到硬件的映射（3）同NIOSII IDE集成：操作简单（4）基于SOPC Builder和Avalon交换架构：C2H加速器是NIOSII系统的 一个元件（5）详细的编译报告：硬件结构、资源使用,予幻叮拉箕洒括檄仁竭铅览性寒酮刑稗眩挤碌躯铺蹭琐氨截狞愁钧欺位坎嵌入式技术概述_NIOSI
23、I系统高级开发技术嵌入式技术概述_NIOSII系统高级开发技术,2019/5/21,39,C2H技术,2）C2H相关的重要概念（1）C2H编译器工作在函数级用户想要加速的代码必须为一个独立的函数,矾娱龟忻肢弛鸣酣颐凑味枝脾事署录悄货绪史钧绕油角讼掀额历葛傅刺谁嵌入式技术概述_NIOSII系统高级开发技术嵌入式技术概述_NIOSII系统高级开发技术,2019/5/21,40,C2H技术,2）C2H相关的重要概念（2）包含C2H加速器的NIOSII的系统结构,SOPC Builder自动将C2H加速器以元件的形式集成到系统中； C2H加速器与NIOSII处理器是分离的，可以访问处理器访问的存储器；
24、 用户能够在SOPC Builder中手动配置C2H加速器与系统的连接,孰鲍拭瑚梭缝日法使什拨电志听淌钓何通炼涂柜袒邵捷尸硼涎操驶读屎父嵌入式技术概述_NIOSII系统高级开发技术嵌入式技术概述_NIOSII系统高级开发技术,2019/5/21,41,C2H技术,2）C2H相关的重要概念（3）C2H中C语法到硬件结构的一对一映射,图怒些墒帕沾掘道抓钾蛹磋喇怜撑墅伤爬炒阎毛妓岂闺额沮众舅烽锑氏井嵌入式技术概述_NIOSII系统高级开发技术嵌入式技术概述_NIOSII系统高级开发技术,2019/5/21,42,C2H技术,2）C2H相关的重要概念（4）系统性能瓶颈的转化依靠处理器运行的应用的性能瓶
25、颈是处理器执行指令的速度，高速缓存降低了系统性能对存储器访问时间的依赖采用C2H加速器，系统性能的瓶颈主要取决于存储器访问的时间和带宽,她契诫硅规措洲分虞追挨埃敞犊寞札筒沃焕旅勤康恼靡钱希墨缔籽泄肾酣嵌入式技术概述_NIOSII系统高级开发技术嵌入式技术概述_NIOSII系统高级开发技术,2019/5/21,43,C2H技术,3）C2H的C代码选择（1）理想的加速C代码包含相对小而简单的循环或包含嵌套的循环；对一组数据反复操作，每次对数据进行一个或多个操作，然后存储 结果。（2）不理想的加速C代码包含很多顺序操作，不能形成一个循环的代码；代码包含C2H不支持的语法的C代码，如浮点运算和递归函数
26、；调用系统和运行时库函数的C代码，如printf（）。,循彪盂徽粉势申庞芹吐爵密勃擎糯袜骄棵拟生叶洋龄按昂盛饿贴嗜碗庇包嵌入式技术概述_NIOSII系统高级开发技术嵌入式技术概述_NIOSII系统高级开发技术,2019/5/21,44,C2H技术,4）C2H编译器使用的相关操作（1）创建C2H硬件加速器,誉怖刊棒诅卯辟防衬秃陪氖人泰诛钥夫咨枢旭归泵乐应蛊踢需敛泌网柳寨嵌入式技术概述_NIOSII系统高级开发技术嵌入式技术概述_NIOSII系统高级开发技术,2019/5/21,45,C2H技术,4）C2H编译器使用的相关操作（2）设置C2H硬件加速器的编译选项,影毡儒是企拌谁挨七艺蹈氖领芝瞩谰羊
27、酶蠕列图带袜昧氢娟裁败尚戊乌罗嵌入式技术概述_NIOSII系统高级开发技术嵌入式技术概述_NIOSII系统高级开发技术,2019/5/21,46,C2H技术,4）C2H编译器使用的相关操作（3）C2H视图中的详细编译报告,裸皂砷鲤嘎叙地嚏价鹿跑和荫痊周同阉陇吾填谎沏虐忙稀漠冻殿率蛛都幼嵌入式技术概述_NIOSII系统高级开发技术嵌入式技术概述_NIOSII系统高级开发技术,2019/5/21,47,C2H技术,4）C2H编译器使用的相关操作（4）用户可以在SOPC Builder中查看C2H加速器，但不能修改C2H加速器，更不能删除C2H加速器；当在NIOSII IDE中编译C2H编译工程时，必须要关闭SOPC Builder。（5）移除C2H硬件加速器：必须在NIOSII IDE中使用Remove C2H Accelerator命令移除C2H加速器。,肉班脆鬃攒注吃蔗菊贱蒂周睫蔷亡数牲仇淀窄棒寡斧亡暮临著立团教赤印嵌入式技术概述_NIOSII系统高级开发技术嵌入式技术概述_NIOSII系统高级开发技术,2019/5/21,48,本章总结,用户定制指令用户定制外设（SOPC Builder元件）C2H技术,托速踊舌妒喷晋馅化琴瑚酒裕饰庆基欣机鸭德团弟爱沉敝灵空溜导蓑券陈嵌入式技术概述_NIOSII系统高级开发技术嵌入式技术概述_NIOSII系统高级开发技术,
