本书为《SOPC嵌入式开发系列教程》的理论教材,介绍了在嵌入式系统中日益广泛应用的SOPC技术基础知识。主要以Altera公司的技术资料为基础,加之作者的实践及理解,全面、深入浅出地介绍了SOPC技术。全书分为3 部分:第1、3、4章为基础部分,主要介绍SOPC技术、Nios II处理器的体系结构、Nios II处理器的常用外设;第2、5、6章为应用部分,**介绍SOPC 开发流程、FPGA配置、Flash编程、软件开发等;第7、8、9章为提高部分,主要介绍Avalon接口规范、SOPC深入设计、混合语言编程等。
本书可作为高等院校电子工程、计算机、微电子、通信、自动控制等相关专业SOPC嵌入式系统课程的理论教材,也可作为从事SOPC嵌入式系统应用开发工程师的参考资料。
本书有配套实验教程以及多媒体教学课件。

第1章 概述
SOPC(System On Programmable Chip,可编程的片上系统)是Altera公司提出来的一种灵活、**的SOC解决方案。它将处理器、存储器、I/O口、LVDS、CDR等系统设计需要的功能模块集成到一个可编程器件上,构成一个可编程的片上系统。
SOPC是PLD和ASIC技术融合的结果,可以认为SOPC代表了半导体产业未来的发展方向。
1.1 SOPC及其技术
现今,可将SOPC视为是基于FPGA解决方案的SOC。与ASIC的SOC解决方案相比,SOPC系统及其开发技术具有更多的特色,也有多种途径可构成SOPC方案。
1.1.1 基于FPGA嵌入IP硬核的SOPC系统
基于FPGA嵌入IP硬核的SOPC系统是指在FPGA中预先植入处理器。目前*常用的嵌入式处理器大多是采用含有ARM32位知识产权处理器核的器件。为了达到通用性,必须为常规的嵌入式处理器集成诸多通用和专用的接口,但这样无疑会增加芯片的成本和功耗。如果将ARM或其他处理器核以硬核方式植入FPGA中,利用FPGA的可编程逻辑资源,按照系统功能需求来添加接口功能模块,既能实现目标系统功能,又能降低系统的成本和功耗。这样就使得FPGA灵活的硬件设计与处理器的强大软件功能有机地结合在一起,**地实现SOPC系统。
1.1.2 基于FPGA嵌入IP软核的SOPC系统
将IP硬核直接植入FPGA的解决方案存在以下不足:
(1)由于此类硬核多来自第三方公司,FPGA厂商通常无法直接控制其知识产权费用,从而导致FPGA器件价格相对偏高。
(2)由于硬核是预先植入的,设计者无法根据实际需要改变处理器的结构,如总线规模、接口方式、指令形式,更不可能将FPGA逻辑资源构成的硬件模块以指令的形式嵌入硬件加速模块(如DSP)。
……

第1章 概述
1.1 SOPC及其技术
1.1.1 基于FPGA嵌入IP硬核的SOPC系统
1.1.2 基于FPGA嵌入IP软核的SOPC系统
1.1.3 基于HardCopy技术的SOPC系统
1.2 Nios II软核处理器
1.2.1 Nios II软核处理器简介
1.2.2 可配置嵌入式软核处理器的优势
1.3 Altera支持SOPC的FPGA简介
1.3.1 Cyclone系列
1.3.2 Cyclone II系列
1.3.3 Stratix系列
1.3.4 Stratix II系列
第2章 SOPC开发流程及开发平台简介
2.1 SOPC开发流程
2.1.1 硬件开发
2.1.2 软件开发
2.1.3 SOPC基本开发流程简介
2.2 简单SOPC实例开发任务及步骤
2.3 分析系统需求
2.4 使用Quartus II建立工程
2.4.1 打开Quartus II软件并建立工程
2.4.2 建立顶层模块
2.5 使用SOPC Builder创建Nios II系统
2.5.1 SOPC Builder简介
2.5.2 启动SOPC Builder
2.5.3 指定目标FPGA和时钟设置
2.5.4 添加Nios II处理器内核
2.5.5 添加片内存储器
2.5.6 添加PIO
2.5.7 添加系统ID外设
2.5.8 指定基地址和中断请求优先级
2.5.9 设置Nios II复位和异常地址
2.5.10 生成Nios II系统
2.6 集成Nios II系统到Quartus II工程
2.6.1 添加Nios II系统模块到Quartus II顶层模块
2.6.2 添加引脚和其他基本单元
2.6.3 选择器件型号
2.6.4 分配FPGA引脚
2.6.5 器件和引脚的其他设置
2.7 设置编译选项并编译硬件系统
2.7.1 设置编译选项
2.7.2 编译硬件系统
2.7.3 查看编译报告
2.8 下载硬件设计到目标FPGA
2.9 使用Nios II IDE建立用户程序
2.9.1 创建一个新的C/C++应用工程
2.9.2 设置C/C++应用工程系统属性
2.9.3 编译连接工程
2.10 调试/运行程序
2.10.1 在目标硬件上运行程序
2.10.2 在目标板上调试程序
第3章 Nios II 体系结构
3.1 Nios II处理器结构
3.2 Nios II的寄存器文件
3.2.1 Nios II的通用寄存器
3.2.2 Nios II的控制寄存器
3.3 算术逻辑单元(ALU)
3.3.1 未实现的指令
3.3.2 用户指令
3.3.3 浮点指令
3.4 复位信号
3.5 Nios II处理器运行模式
3.6 异常和中断控制器
3.6.1 异常控制器
3.6.2 中断控制器
3.7 Nios II的异常处理
3.7.1 异常类型
3.7.2 异常硬件处理流程
3.7.3 异常判别及优先级
3.7.4 异常的嵌套
3.7.5 异常返回
3.7.6 异常响应时间
3.8 存储器及I/O结构
3.8.1 指令与数据总线
3.8.2 高速缓存
3.8.3 紧耦合存储器
3.8.4 地址映射
3.9 存储器和外设访问
3.9.1 寻址方式
3.9.2 高速缓存访问
3.10 Nios II处理器性能
第4章 Nios II外围设备
第5章 FPGA配置和Flash编程
第6章 Nios II应用程序及其外设HAL驱动开发
第7章 Avalon接口规范
第8章 Nios II系统深入设计
第9章 Nios II汇编程序设计及混合语言程序开发
附录1 SmartSOPC多功能教学实验开发平台
附录2 LA系列高性能逻辑分析仪
参考文献

本书为《SOPC嵌入式开发系列教程》的理论教材,介绍了在嵌入式系统中日益广泛应用的SOPC技术基础知识。主要以Altera公司的技术资料为基础,加之作者的实践及理解,全面、深入浅出地介绍了SOPC技术。
本书可作为高等院校电子工程、计算机、微电子、通信、自动控制等相关专业SOPC嵌入式系统课程的理论教材,也可作为从事SOPC嵌入式系统应用开发工程师的参考资料。
本书有配套实验教程以及多媒体教学课件。