原创 特权和你一起学NIOS2 第一章

第一章   海阔天空聊概念

        虽然这个教程的大标题美名其曰“特权和你一起学NIOS2”，但是更确切的说应该称之为“特权和你一起学SOPC”。之所以用NIOS2替代SOPC，其实只是因为SOPC的概念着实有些大了，而NIOS2是全球两大FPGA厂商之一的Altera公司为他们的SOPC系统架构量身打造的软核处理器。咱比较厚道，就小不就大，只能给个小名“NIOS2”了。

CPU之软核与硬核

         既然说到了处理器，而且还给它戴了个“软核”的帽子，那么就不能让这个帽子戴得不明不白。说概念咱就要说得清清楚楚，特权同学在本章的目标是扫盲，所以大家别嫌我啰嗦，如果你觉得都是废话，证明你的等级够高，那么请无视这些啰嗦的叙述，直接跳到下一章是个不错的选择~-~。好了，说正紧的。处理器，不懂电子的也知道电脑的CPU中文名也叫处理器，而咱们做嵌入式这一行的就不能够让处理器一词仅仅局限于“CPU”了。从最简单的51单片机来看，它也算是一个包含了“CPU”的“MCU”（Micro Controller Unit)），其实非要寻根问底搞清楚MCU为何物的话，我还是喜欢拿大家熟悉的PC机来做比方。一台PC机，有CPU（大家都知道它是大脑）、有硬盘（存储海量的数据）、有内存（暂时存放数据的地方，高速运转的处理和运算都要靠它，操作系统跑起来还是有赖于它的）、有电源、有显卡、有键盘鼠标等等，当然还有一些乱七八糟的外设了，如光驱啊、音箱啊、USB口啊、串口啊、并口啊，总之是五花八门应有尽有。而这个小小的MCU哪怕是DIP40封装的“大家伙”也只是食指大小，可别看它小，它可是“麻雀虽小、五脏俱全”，它其实在芯片家族中不算小，但比起那个动辄上千个“脚脚”的电脑CPU和那个庞大的机箱来，可真算得上是“迷你精致”了。拿它和PC比还真不能比性能，咱们要比概念。但凡用过MCU的同志们都知道它的“强大”，它不仅能够跑程序做运算和控制（处理器），而且能够存程序和数据（ROM和RAM，堪比硬盘和内存），当然也有一些简单的外设了，常见的如GPIO、串口、定时器、看门狗，强大一点的集成USB口、网口甚至一些奇形怪状特权叫都叫不上来的接口。那么，你现在应该明白MCU是什么了吧？啊，说完这些发现还没有谈论CPU是什么。CPU就是处理器，处理器就是Central Process Unit，Central Process Unit就是中央处理单元，中央处理器就是能够跑程序的一颗芯片而已，哈哈，没把你绕晕吧。CPU上面可以跑程序，程序可以做很多事，你可以做一个运算，实现各种各样的复杂算法；你也可以写一段驱动，控制各种各样的外围设备。总之，人脑可以想到的事，绝对都是CPU可以办到的事。这么说，知道CPU的powerful了吧。

         说完CPU，再说为什么是“软核CPU”，是不是也有“硬核CPU”呢？答案是肯定的，通常大家看到的CPU都是指一些芯片制造商完全定制好强大运算功能且硬件结构固定的“芯”。用户没有办法对它做的硬件构造进行任何的更改，只能够看着制造商提供的芯片datasheet进行编程控制。而“软核”、“硬核”的说法主要还是针对可编程逻辑器件如FPGA上嵌入的CPU而言的。那么有些人可能就纳闷了，既然都嵌在FPGA上，又为何有软硬之分呢？FPGA不都是硬件吗？没有错，FPGA是硬件，它所实现的逻辑功能也确确实实是各种各样门电路的集合。但这里的软硬叫法和通常所言的软件硬件叫法是有区别的。别急，马上就要说区别了。如果一个FPGA像Xilinx家的什么Virtex XX系列号称内嵌了最多数个PowerPC（想知道它是什么吗？自己动手丰衣足食，搜去），那么这里的“内嵌”就意味着这个FPGA器件的CPU是“硬核CPU”。而Altera家主推它的“NIOS2软核CPU”，软就是只要资源足够那么就可以用逻辑堆砌起来的一个“CPU”。再具体点说，硬核就是FPGA本身就嵌入了一个这样的CPU硬件结构，只是用与不用、如何使用的问题交给设计者决定而已；而软核则是FPGA本来并不存在这样的硬件结构，设计者使用了某种硬件描述语言（或者说是最基本的逻辑门电路）活生生的搭建了一个CPU来。这么说好像还不过瘾，那就打个比方加深一下理解。记不记得小时候咱们刚上学时练字的“美好时光”，我是记得还有什么专门的一节“写字课”，开始练字的时候还要用字帖（字帖上模模糊糊的有字的轮廓，照着写就行），练到一定水平就要抛开字帖，拿着白纸写就可以了。而硬核就好比这个字帖，每个要写的字都是固定好的，你必须照着去写；而软核就好比这个白纸，上面什么都没有，要写什么字都可以。同样写一个“爱”字，在写之前，硬核是有轮廓在那里的，软核上什么都没有。硬核临摹一下就好，并且只能写这个字；软核靠自由发挥，你也可以写别的字。“临摹”出来的硬核写的肯定漂亮，并且稳定性好、性能佳，但是可“临摹”的功能是固定的，这块电路是“死”的，不能写别的“字”了；而自由发挥的软核虽然可能没那么端端正正、稳定性可靠性都差一些，但是可写的“字”不受局限，灵活性也高得多。

SOPC是什么

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NIOS2的优势在哪里

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