原创 Nios II 软核处理器相关

1、Nios II 是软核处理器，有三种运行模式：超级用户模式、用户模式和调试模式。目前有三种类型：Nios II/e、 Nios II/s、 Nios II/f，性能后一种比前一种好，但所耗资源相应增加，这有点像似ARM处理器分ARM 7 和ARM 9 等一样，Nios
II包含以下可见功能模块：

  寄存器文件、算术逻辑单元、用户逻辑接口、异常控制器、中断控制器、数据总线和指令总线、数据Cache和指令Cache、JTAG调试模块和紧耦合的数据、指令存储器接口。

Nios II寄存器文件包多32个通用寄存器（r0～r31）和6个控制寄存器（ct0～ctl5）。

r0(zero)：用于对寄存器清零。

r1(at):汇编临时变量。

r2、r3：存放函数返回值。

R4～r7：用于传递函数参数。

r8～r15：调用者要保存的寄存器。

R16～r23：子程序要保存的寄存器。

R24（et）：异常处理时使用。

R25（bt）：断点处理时使用。

R26（gp）：全局指针。

R27（sp）：堆栈指针。

R28（fp）：帧指针，用于跟踪栈的变化。

R29（ea）：保存异常返回地址。

R30（ba）：保存断点返回地址。

R31（ra）：保存函数返回地址。

6个控制寄存器（仅超级用户模式有读/写访问权）：

Ctl0（status）：仅低两位有效，设置运行模式和总体中断情况。

Ctl1(estatus)：仅低两位有效，影子寄存器，异常或中断时对status备份。

Ctl2(bstatus)：同上。

Ctl3(ienable)：中断允许位，一位对应一个外中断，共32个。

Ctl4(ipending)：中断标志位

Ctl5(cpuid)：只读，用于装载处理器id，在多处理器时可分辨CPU标志。

2、 
复位，有两个信号：reset和cpu_resetrequest。复位后，Nios II处理器执行以下操作：

（1）      
清status,进入超级用户模式，并禁止外中断;

（2）      
使当前Cache队列指令无效，从程序存储器中的reset 地址取出第一条指令；

（3）      
从复位地址开始运行程序。

3、 
异常和中断控制器

中断控制器：支持32个外部硬件中断，irq0～irq31。IRQ优先级由软件决定，Nios II支持中断嵌套。硬件中断发生的充要条件:

(1) 
status 控制寄存器的PIE为1

(2) 
某个irq n 有效

(3) 
ienable 寄存器中，该中断源相应为1。

异常发生后，处理器执行以下操作：

(1) 
复制status 寄存器到estatus

(2) 
清除status 的U位和PIE位，强制进入超级用户模式，和禁止所有硬件中断

（3）将异常返回地址写入r29（ea）

（4）    跳转到异常处理地址。

（5）  执行有HAL插入的代码，判断异常源和异常优先级，才跳转到异常服务子程序。

异常的返回，处理器执行以下操作：

（1） 复制estatus 寄存器到status,恢复异常前的处理器状态，

 （2）把异常返回地址从r29（ea）写入程序计数器，若为硬件中断，则返回地址应为ea-4。

4、 
存储器和I/O口

Nios II 处理器属于哈佛结构，支持独立指令和数据总线，并遵循Avalon 接口规范，对存储器和外设的访问采用小端模式。寻址空间范围为2GB。