原创 NIOS II应用开发ABC

 2006-9-10 12:08  4746 12 8 分类: FPGA/CPLD

自由电子科技使用NIOS II做应用开发有一段时间了，我们在应用开发中走了很多弯路，也得到了一些经验，整理出来供大家参考

1、作为FPGA上的软核系统，它的优势自然是借助于FPGA的灵活性，性能一般，灵活性超群，这是我们的第一个认识，可以把系统流程控制交给NIOS II去完成，关键算法推荐用HDL模块去完成，配置以及状态管理工作交给NIOS II去完成，信号处理任务交给HDL模块去完成。NIOS II在FPGA系统应用设计中的引入和使用相比ASIC里面的纯粹HDL实现最大的好处是：通过功能划分利用Nios软件简化了HDL模块或IP CORE设计难度，从而提高系统开发进度。

2、第二个认识是有必要将SOPC BUILDER和NIOS II在概念上要拉开一些距离，NIOS II是SOPC BUILDER上可以使用的一个软核CPU，它在Sopc Builder架构里面只是一个Master设备，而Sopc Builder构建的系统可以拥有各种各样的Master设备，在这里我淡化了NIOS II的核心地位，真实的意图是基于Avalon总线的架构比纯粹的NIOS II系统有更广阔的应用前景，一个没有NIOS II的SOPC BUILDER构建系统由master设备和slave设备构成，实际上完全是一个硬件系统，利用了Avalon的仲裁逻辑等一系列资源，这样构建的系统具有1、使各个模块部分接口逻辑简化 2、使各模块相对独立，可以规模扩展而不必修改模块逻辑。而有了Nios II和软件的配合就可以使系统进行资源合理规划，进行软硬件协同设计就是很自然的事了，自由电子科技在给客户做多路由高速信号交换设备中就应用了这样的设计模式。

3、以Nios II为核心的FPGA应用系统的设计，是嵌入式设计的最现代形式，自由电子科技在应用开发中也使用ARM等SOC芯片，在这种应用系统中我们需要仔细的理解芯片集成的外设性能和使用，由于出自大拿之手，其可靠性和稳定性是不言而喻的，但如果资源不够，比如提供了两路HDLC，实际需要3路等等，就非常难处理，规模扩展困难，一旦系统设计完成，要变更这些需求，只能更改整个系统的选型。在NIOS II为核心的FPGA应用系统设计中，首先是内部资源可重新配置，其次，当资源不够使用时可以选用规模更大的FPGA器件，而不必修改整个系统的选型。更大的优势是可以更改集成在内部的外设，在ARM等SOC芯片中，如果定时计数器是10位的，你只能适应使用，而且数量有限提供了3个就只能使用3个，而在Sopc Builder构建的系统中，你可以通过编写HDL外设模块并自定义逻辑组件，可以做出任意位的和你需要数量的定时器和计数器。任何事物总有两面性，我们在享受自由的同时，也需要开发人员有更高的技能，同时由于系统的可变更，引进了系统的稳定性和可靠性等问题。

4、必须站在巨人的肩膀上：使用和积累IP CORE。自由电子科技的主要负责人是软件出生，有十多年软件开发经历，在软件领域使用库是很寻常的事，在面向对象编程领域也要最大限度的继承和复用类，形成自己行业的框架类库，这样就能在开发中游刃有余，有效缩短开发时间。在FPGA应用开发领域，在NIOS II软件方面我们是这样做的。在硬件模块设计中我们从无到有自己开发、利用开源资源编写验证了许多常用的IP CORE，并整理备用。现在随着FPGA芯片价格的下降，低成本的FPGA逻辑资源为我们展现了一个广阔的应用舞台，比如自由电子最新款FreeDev数字应用开发板，采用了CycloneII EP2C35芯片，有33216个逻辑单元，150万逻辑门（开发板还集成了视频、音频、网络、VGA显示、SD卡、64M SDRAM、32M FLASH），这些资源足可以支持JPEG、MPEG-4、JPEG-2000的编解码工作。一般的fpga器件供应商会提供很多免费或收费的IP CORE，比如Altera公司提供了很多Mega core，第三方公司还提供很多IP CORE。如果项目急那么尽量使用成熟的IP CORE（或者购买）。如果时间宽，或者做基础积累，那么可以选用一些open core来消化，并验证整理出自己可用的IP CORE。做FPGA应用开发，主要是使用IP CORE，现在器件已经提供了广阔的舞台，那么我们开发人员也需要拥有利用这些资源的能力，兼容并蓄终宽阔。