原创 Qsys简析

 2011-8-25 17:41  9424 18 22 分类: FPGA/CPLD

自Altera在Quartus II 10.1推出Qsys这个新工具，就对这个Qsys充满了好奇，起初只是简单的认为它只是SOPC Builder的简单升级，就简单地在界面上复杂化了一下，不过经过进一步学习发现，它还是很有“内涵”的。

在QuartusII 11.0中就正式使用Qsys作为主要的SOPC工具，当然SOPC Builder还保留，可以通过tools->SOPC Builder打开，据说在12.0后就完全把SOPC builder去掉了。为了探究Altera到底对Qsys做了哪些改进，首先咱分别在SOPC Builder和Qsys中建了一个最小系统，只包含了几个主要组件：NiosII Processor、onchip_memory、jtag_uart和pio。如图1所示为熟悉的SOPC Builder界面。

图1 SOPC Builder界面

如图2所示为在Qsys中的系统界面，与SOPC Builder对比可以发现，首先在connection这一栏明显复杂了许多，并且多出了一个clk source时钟组件，这两个变化也是这次改进的主要部分，下面分别说明一下：

图2 Qsys界面

(一)时钟

在图2中所示的时钟组件是建立系统时默认就有的，也是必须的，在组件中有clock input和clock output，clock input就是外部时钟输入引脚，可以在图中看到有输入引脚的输入接口，在Qsys中加入了这个输入输出引脚的视图功能，这个还是比较人性化的。这个时钟改进并不仅是简简单单地在界面上加入的这个时钟组件，还包括一些跨时钟域方面的优化。如图3所示为Qsys中的各种功能标签：SystemContents、Address Map、Clock Settings、Project Settings、System Inspector、HDL Example和Generation，至于各标签功能大家可以自己简单摸索一下。其中在Project Settings标签中有一个Clock crossing adapter type选项，这个是在SOPC Builder中没有的，在Qsys系统中，如果要处理跨时钟域的数据传输时，在系统生成时会自动加入一个clock crossing adaptor，而无需手动加入（clock crossing adaptor在component列表中也有）。其中在选项下拉菜单中有三个选择项：Handshake、FIFO和Auto。

Hankshake：采用简单的握手协议处理跨时钟域数据传输，在这种模式下耗用的资源比较少，适用于数据吞吐量比较少时的情况；

FIFO：采用了双时钟的FIFO做同步处理，这种模式下可以处理吞吐量比较大的数据传输，但是总体延时是handshake的两倍，适用于吞吐量比较大的存储器映射的数据传输；

Auto：这种模式下同时采用Hankshake和FIFO方式的连接，在突发连接中使用FIFO方式，其它情况下使用Handshake方式。

图3

（二）互连

可以在图3中看到Limit interconnect pipeline stage to的选项，这个也是在SOPC Builder中没有的。这也是Qsys的改进之一，在Qsys中对用户开放了一部分的总线信息。如图4所示为一个Avalon-MM接口的互连系统，在以前的系统结构中，开放给用户的只有Avalo- MM接口master与slave交互的简单协议，并没有给出Interconnect中的交互协议。因此，在以前咱们自以为能轻松驾驭Avalon接口，其实咱们只会用而已，并不知道Avalon在底层是怎么工作的。

图4

关于Interconnect的具体资料可以查阅官方资料，此处注意一下，这个互连只针对Avalon-MM接口，而对于Avalon-ST接口的信息其实早已公布。下面咱就把重点部分简单说明一下。其中Interconnect内部组成如图5所示，总体可分为Command和Response两条链路：

Command链路：Master Network Interface连接Avalon-MM master接口，通过Command Switch打包数据（实质采用Avalon-ST接口协议打包数据）进行传输，经过Slave Network Interface输出数据给Avalon-MM slave；

Response链路：Slave Network Interface连接Avalon-MM slave接口，通过Response Switch打包数据进行传输，经过Master Network Interface输出数据给Avalon-MM master。

图5

进一步剖析，可以对Master Network Interface和Slave Network Interface这两个接口进行进一步分解，其中Master Network Interface如图6所示，主要由Translator、Agent、Router和Limiter这5部分组成，Translator主要将Avalon-MM接口协议转换成更简单、更适用于这个Qsys Network的形式；Agent用于打包数据；Router决定包数据的传输方向；limiter保证包数据按顺序输入或者输出。