第章NiosII系統(tǒng)高級開發(fā)技術

第8章NiosII系統(tǒng)高級開發(fā)技術本章是有關SOPC的深入設計，C2H、定制用戶邏輯外設和定制用戶指令是使用NiosII嵌入式軟核處理器的SOPC系統(tǒng)的重要特性，用戶還可以通過C2H、定制用戶邏輯外設和定制用戶指令來實現(xiàn)各種應用要求。主要內容第8章目錄8.1定制NiosII用戶指令8.2定制基于Avalon的用戶外設8.3C2H編譯器的使用

8.1.1用戶定制指令對時間要求嚴格的算法可定制指令，提高性能(如:FFT)

可擴展CPU指令集。軟件中比較費時間的運算(比如浮點乘除法,循環(huán)迭代等)，通過定制指令由硬件來實現(xiàn)，加速運算速度。擴展接口用戶指令的結構框圖8.1定制NiosII用戶指令8.1.2定制指令體系結構的類型1.組合邏輯；

2.多周期；

3.擴展的：

4.內部寄存器文件；

5.外部接口；

8.1定制NiosII用戶指令8.1.2定制指令體系結構的類型多周期指令結構框圖組合邏輯指令結構框圖8.1定制NiosII用戶指令擴展指令結構框圖帶內部寄存器的乘加指令結構框圖8.1.2定制指令體系結構的類型8.1定制NiosII用戶指令擴展接口用戶指令的結構框圖8.1.2定制指令體系結構的類型8.1定制NiosII用戶指令8.1.3定制指令實現(xiàn)方式

定制指令支持多種設計文件，包括：VerilogHDL,VHDL,EDIFnetlistfile,QuartusIIBlockDesignFile(.bdf),和VerilogQuartusMappingFile(.vqm)。具體實現(xiàn)方法有：1．導入HDL文件實現(xiàn)定制指令；2．通過DSPBuilder實現(xiàn)定制指令加速模塊；3．直接使用SOPCBuilder中自帶的定制指令。8.1定制NiosII用戶指令定制指令設計示例在定制指令前，首先要正確的實現(xiàn)硬件邏輯功能，包括編寫HDL文件和驗證用戶邏輯。1.編寫HDL文件D:\altera\80\nios2eds\examples\verilog\custom_instruction_templates2.驗證用戶邏輯功能3.在SOPCBuilder中添加HDL文件intmain(void)__attribute__((weak,alias("alt_main")));#pragma

no_custom_fmuls#pragma

no_custom_fadds#pragma

no_custom_fsubs#pragma

no_custom_fdivsvoiddelay(void){floata,b,z;alt_u32i;a=2008.620;b=123.45678;z=0;for(i=0;i<5000;i++){z+=a*146.134761f/b;a++;}return;}8.3NiosIIC語言至硬件加速編譯器(C2H)簡介

NIOSIIC-to-Hardware（C2H）加速編譯器使得用戶可以直接從ANSIC源代碼創(chuàng)建定制外設加速器。硬件加速器是在硬件中實現(xiàn)C函數(shù)的邏輯模塊，通?？梢詫?zhí)行效率提高到一個數(shù)量級。使用C2H編譯器，用戶可以在以NIOSII處理器為目標處理器的C程序中開發(fā)和調試一個算法，然后將C代碼轉化成在FPGA中實現(xiàn)的硬件加速器。類似CPU+GPU。專用硬件加速器，作為FPGA的定制協(xié)處理器，協(xié)助CPU同時處理多個數(shù)據(jù)。SOPCBuilder含有一個向導，將加速邏輯和DMA通道引入系統(tǒng)。C2H的特點

1.簡單和易于使用2.快速的反復設計以找到最優(yōu)的軟硬件分配比例3.加速對性能影響大的代碼4.C2H編譯器工作在函數(shù)級

5.從C語法到硬件結構的一對一映射

6.性能依賴存儲器訪問時間8.3NiosIIC語言至硬件加速編譯器(C2H)簡介適合C2H的C代碼包含相對小而簡單的循環(huán)或是包含嵌套的循環(huán)；對一組數(shù)據(jù)反復操作；不適合C2H的C代碼

不能形成一個循環(huán)的代碼；包含C2H編譯器不支持的語法，如浮點運算和遞歸函數(shù)

8.3NiosIIC語言至硬件加速編譯器(C2H)簡介8.云3Ni惰osII蒜C語言餓至硬健件加捐速編以譯器(C總2H裁)簡介C2燙H是能馬夠提毒升對刑時間去性能布要求桐較高流的AN疏SI漠C函數(shù)怕的工斑具，劃它將有這些驢函數(shù)績轉換屆為FP膝GA中的欣硬件讀加速塔器。C2澇H支持凍標準AN嶺SI逆C代碼湊，可驚加速糠實現(xiàn)華多種告應用召程序蜜，提含高其旨運行璃效率噴，包例括訪沫問片舍內、帥外部僑存儲掀器和蝦外設周等。C2吸H幫助Ni霧osII用戶世以最尊少的花資源婦占用鞋來達夕到提利高系刻統(tǒng)性渴能的孤目的宋。Ni軋osII此C擠2H編譯球器設變計流勤程非滅常簡駕單，戶編寫商好應凈用程偷序后學，用箏戶需挽要做該的工簡作首放先是策分析相軟件從代碼諷，確源定出杜現(xiàn)性巷能瓶乘頸的矮函數(shù)趴，然信后在Ni嘴osII津I嫂DE中高負亮顯段示所艦需的路函數(shù)握，右高鍵單世擊加敬速便插可以母生成洞自動竹鏈接買至軟掘件流長程的圍硬件翁加速笛器。in匯tma陣in行(vo謎id)真__斥at刻tr凍ib累ut繳e_箏_烈((臥we針ak楚,拒al德ia殲s秀("al僻t_雙ma掃in")獄))籍;vo交idde重la山y(tǒng)(vo喚id){al積t_祥u3托2策i=丹0,優(yōu)j散=0堤;wh厘il皇e(i樣<2夾00娃00渾0)i+傍+;wh劫il賊e(j蓮<2訓00淚00蒸0)j+糞+;re勺tu杯rn;}8.希2定制?；贏v丹al透on的用嗚戶外柴設定制饅用戶臣外設視簡介一個肺典型掘元件浸定制尤的步毯驟如悅下：1．規(guī)詢劃元困件的竭硬件傭功能擦。2．如泊將采癥用微歌控制拋器來瘡控制蠶該元律件，隔則規(guī)葵劃訪耳問該旱硬件拉的應鞭用程詞序接菊口(A轉PI艱)。3．在糧硬件增和軟鉆件要啟求的杏基礎熄上，掌定義淋一個財恰當晉的Av趟al個on接口虹。4．使孩用Ve批ri釣lo汪g或VH盤DL來描佩述硬物件邏顏輯。5．單亭獨驗忙證元鍬件的餡硬件矛功能蝴。6．寫挨用于奮描述四寄存圈器的C頭文屠件來辣為軟偏件定剖義硬足件寄卡存器訓映像渡。7．使鉤用元繳件編話輯器齒來封瓜裝硬寫件HD釣L和軟哄件文布件，亂得到同一個淹元件養(yǎng)。8．將各該元窯件集狹成到轉一個夫簡單費的Ni供os展II系統(tǒng)撇中。8.救2定制減基于Av告al然on的用疼戶外濱設定制崇用戶漲外設假簡介一個責典型封元件闊定制警的步梢驟如攜下：9．使鼓用Ni對os蠅II來測邁試寄香存器木級的辱訪問惰是否賽正確李。10．如捉果以拳后將離使用雪微控盤制器箭來訪聯(lián)問該起元件貌，就貓要寫榴元件誓的驅撕動軟番件。11．反縮慧復改察進元天件的禾硬件孫設計浮和軟抖件驅晃，并汽使用扣元件能編輯泰器來車更新承所做忌的修滴改。12．建繩立一呀個完脅整的SO涉PC支B幣ui泉ld盲er贊s俗ys藍te監(jiān)m，里狗面含縫有一貫個或迎多個梢該元畜件。13．執(zhí)陽行系榆統(tǒng)級幻玉的驗霸證，臘如果移需要竹再進吹行改濤進。14．完污成元桶件定挪制，大并分破發(fā)給享其它昆設計易者。8.家2定制啦基于Av席al控on的用壘戶外孩設定制勝用戶母外設譜簡介帶Av軋al憂on據(jù)S串la頑ve端口果的典詳型元缸件組汪成框晶圖8.百2定制丙基于Av對al溫on的用災戶外念設PW賺M設計壁說明PW誤M輸出關一個幫占空浮比可胖調的藍方波帖。當叫一個撐周期11個時薄鐘，生高電納平輸棵出7個時屈鐘時治的PW踢M輸出兔波形籍如下疼圖所委示。PW開M輸出課波形8.煉2定制魚基于Av且al吉on的用輛戶外閣設PW京M設計梯說明本實疼例的PW緩M是按沒下列麗要求欲設計別的：1．任距務邏芝輯按申一個脅簡單蠟時鐘榜進行烏同步叉操作晃。2．任獵務邏脹輯使總用32位計言數(shù)器貝為PW牙M提供厚一個肉一定扮范圍眠的周每期和純占空混比，動最大蟲周期建可設州為23師2個cl糊k。3．可奪以使罷用微枝控制桐器（Ni吃osII）來筑設置PW渠M的周礦期和泊占空懂比的喉值。六因此狗要提洽供一蕉個可刻對PW鳥M寄存恨器進緒行讀獵寫的櫻接口材和控窩制邏哀輯。4．定唇義寄躲存器賊來存襖儲PW纖M周期竹和占幕空比索的值唯。5．微拳控制蔽器可偏以通獎過控飛制寄獻存器臟的禁稅止位憤來關搬閉PW示M輸出邁。8.慨2定制革基于Av謹al音on的用漠戶外坑設PW枝M設計制說明任務工邏輯富結構確圖8.咬2定制鄰基于Av逮al監(jiān)on的用駕戶外伸設PW召M設計須說明寄存器名地址偏移量訪問屬性描

述clock_divide00讀/寫用來設定PWM輸出周期的時鐘數(shù)duty_cycle01讀/寫用來設定一個周期內PWM輸出低電平的時鐘個數(shù)enable10讀/寫使能和關閉PWM輸出，為1時使能PWM輸出保留11－表8.即2故HA獵L數(shù)據(jù)罰類型殊定義8.夸2定制嫩基于Av蹤蝶al揉on的用速戶外榨設PW喊M設計歇說明HDL中的信號名Avalon信號類型寬度方向描述clockclock1input同步數(shù)據(jù)傳輸與任務邏輯resetnreset_n1input復位信號，低有效chip_selectchipselect1input片選信號addressaddress2input2位地址,只有其中3個譯碼被使用writewrite1input寫使能信號write_datawrite_data32input32位寫數(shù)據(jù)值readread1input讀使能信號read_datareaddata32output32位讀數(shù)據(jù)值表8.鈴3獎HA藏L數(shù)據(jù)籃類型馬定義8.嗚2定制董基于Av重al治on的用哲戶外錘設將PW進M設計何封裝師為SO怨PC各B社ui肝ld貿(mào)er元件將PW并M設計泉文件電封裝誘為SO它PC江B摟ui扯ld蝴er元件屈執(zhí)行忌以下鏡步驟阿：1．將慰下載住得到皂的PW李M設計裹文件匠拷貝抽到硬波盤任毫意目嶄錄中瞞，但弊是文制件夾換名稱垮不能紀為中份文。吵本實午例拷民貝到F:結\so歡pc\e束xa劇mp狂le。2．打妻開一痰個Qu浩ar手tu覆sII工程往，本飼例為Sm獨ar嬌tS醬OP廟C_戶st馬an別da層rd呼_1岡c6萄_p增wm。這躍里，罷打開肆工程千的目晉的只用是為巡壽了打轎開SO忙PC步B餐ui傅ld拴er而已愉。3．在Qu蛾ar講tu邪sII中，鞏從【T迅oo脆l(xiāng)s片】>凈>【怨SO退PC盾B椒ui補ld再er打】打開SO墓PC展B熊ui恥ld炒er。8.由2定制透基于Av女a(chǎn)l窯on的用掛戶外貼設4．在SO姥PC歉B丈ui愿ld丑er中，差點擊Cr鍋ea起tNe服w壘Co屆mp焰on賢en筆t…或選譜擇【F蘆il再e】貫>>爹【N逼ew籠C這om成po盡ne右nt心…】打開控創(chuàng)建標新元智件向蒜導定制縮慧元件疑的介集紹8.紋2定制煌基于Av怖al動on的用滅戶外稀設5．選止擇HD率L豬Fi踢le掏s選項彎卡，宴點擊讓按廊鈕打框開添潑加文碑件窗稻口，幟將路進徑指諸向PW鄭M設計售文件使所在欲的目裝錄，蜻如圖8.痛5所示竹。逐關一添丟加各頌文件述，或鴉按住闊鍵盤已上的Ct戴rl鍵同鎖時選拾中3個文蛇件，郵然后嗓按稠一安次完虎成添豬加。添加魚硬件為描述大文件8.歷2定制左基于Av爹al灶on的用各戶外扁設6．添懶加完擁硬件斯文件匪后，HD睜L竄Fi臣le育s欄中襯可看醉到剛猾添加取的3個文囑件。添加邀完硬滔件文臭件后婆的窗嗓口8.渾2定制草基于Av洲al督on的用分戶外娘設7.選擇Si琴gn吊al微s選項去卡，欠進行示信號索的設妻置。8.選擇In然te登rf嫁ac信es選項勸卡，候修改Av件al論on行S啦la叢ve的名啟稱為co育nt茂ro桑l_誓sl牙av加e.9.選擇SW車F決il刮es選項辭卡打蝴開添弦加文狹件對僚話框課，將骨路徑喪指向驕軟件泡文件營所在午的文德件夾要。10禿.選擇Co黎mp推on培en尸t矛Wi僅za囑rd選項菌卡。11彼.可以家單擊Pr卡ev蹤蝶ie豈w卷th指e噴Wi攏za辮rd按鈕氧進行健