sopc考试复习.docx

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sopc考试复习

1、Nios的基本组成

1.由32个32位通用寄存器r0-r31组成的寄存器组；2.支持算数、关系、逻辑、移位和循环操作的算数逻辑单元；3.支持用户自定义定制指令的定制指令逻辑接口；4.一个简单的、非向量异常控制器；5.支持32个外部硬件中断的中断控制器；6.分开的指令总线和数据总线；7.指令和数据缓冲存储器；8.指令和数据紧耦合存储器接口；调试模块。

2、Nios的特点

1）NIOSⅡ处理器采用流水线技术、单指令流的32位通用RISC处理器

2）提供全32位的指令集、数据总线和地址总线

3）提供32个通用寄存器

4）提供32个外部中断源

5）提供结果为32位的单指令32*32乘除法

6）提供专用指令计算结果为64位和128位的乘法

7）可以定制单精度浮点计算指令

8）单指令桶形移位寄存器

9）对各种片内外设的访问及与片外外设和存储器的接口

10）硬件辅助的调试模块，在IDE环境下，可完成开始、停止、断点、单步执行、指令跟踪等基本调试和高级调试功能

11）基于GNUC/C++工具集和EclipseIDE的软件开发环境

12）ALTERA公司的SignalTapⅡ逻辑分析仪，实现对指令、数据、FPGA设计中的逻辑信号进行实时分析

13）所有NISOⅡ处理器均兼容的指令系统

14）高达218DMIPS的性能

3、什么是SoPC英文全称是什么列举3种构成SoPC的方案

SystemOnProgrammableChip，可编程的片上系统。

是Altera公司提出来的一种灵活、高效的SOC解决方案。

SOPC将处理器、存储器、I/O、LVDS、CDR等系统设计需要的功能模块集成到一个可编程器件上，构成一个可编程的片上系统。

现今SOPC可以认为是基于FPGA解决方案的SOC。

方案：

基于FPGA嵌入IP硬核的SOPC系统；基于FPGA嵌入IP软核的SOPC系统；基于HardCopy技术的SOPC系统

4、Nios的三种操作模式

管理模式：

除了不能访问与调试有关的寄存器（bt、ba和bstatus）外，无其它访问限制。

一般系统代码运行在管理模式下，应用程序代码可在管理模式下正常运行。

当处理器运行在管理模式下，U位是0。

处理器复位后立即进入管理模式。

用户模式：

是管理模式功能访问的一个受限子集，它不能访问控制寄存器和一些通用寄存器（et、bt、ea、ba，访问他们会产生一个异常）。

应用代码在用户模式与管理模式下均能正常运行。

用户模式为管理多任务OS提供更高的可靠性，系统代码把控制权交给应用代码前，可以选择切换到用户模式。

调试模式：

拥有最大的访问权限，可以无限制地访问所有的功能模块，U位为零。

系统代码和应用代码在调试模式下不能运行。

模式之间的切换：

处理器复位后即进入管理模式（U为0），执行eret（异常返回指令，把estatus寄存器的内容复制到status寄存器，之后跳转到ea寄存器所指地址处）指令后，切换到用户模式（复位后第一次进入用户模式必须对estatus和ea寄存器进行正确的设置，并执行一条eret指令）。

当某种异常出现时，处理器重新进入管理模式，异常将清除U位。

只有在执行断点指令或JTAG调试模块通过硬件强制产生一个断电之后，处理器才进入调试模式。

当从调试模式退出时，处理器恢复进入调试模式以前的状态。

5、Nios的异常分类

Nios的异常包括：

硬件中断和软件异常。

软件异常可分为软件陷阱异常、未定义指令异常和其他异常。

硬件中断：

status中PIE位为1，中断请求irqn有效，ienable寄存器相应位为1，硬件才能产生中断。

软件陷阱：

当执行程序中的trap指令时，产生软件陷阱异常。

未定义指令异常：

当处理器执行未定义指令时（不是硬件实现的有效指令）产生未定义指令异常。

异常处理判断哪个指令产生异常，如果指令不能通过硬件执行，可以在一个异常服务程序中通过软件方式执行。

其他异常：

其它异常类型是为将来系统扩展准备的。

中断处理流程：

（1）把status寄存器内容复制到estatus寄存器中，保存当前处理器状态；

（2）清除status寄存器的U位为0，强制处理器进入超级用户状态；

（3）清除status寄存器的PIE位为0，禁止所有的硬件中断；

（4）把异常返回地址写入ea寄存器（r29）；

（5）跳转到异常处理地址。

异常处理优先级：

硬件中断>软件陷阱>未定义指令>其它异常

6、Nios的内核类型

NiosII/f（快速）：

性能最高，但占用的逻辑资源最多。

NiosII/e（经济）：

占用的逻辑资源最少，但性能最低。

NiosII/s（标准）：

平衡的性能和尺寸。

NiosII/s内核比第一代的NiosCPU更快，占用的资源更少。

7、掌握Avalon从端口的信号，分析基本的从端口的读写时序

从端口传输常用的信号：

信号、writedata信号、read、write信号、writebyteenable信号信号、reset、clk、waitrequest信号：

信号类型

宽度

方向

必需

功能及使用描述

基本

信号

类型

clk

1

In

No

Avalon从端口的同步时钟，所有的信号必须与clk同步，异步外设可以忽略clk信号。

chipselect

1

In

No

Avalon从端口的片选信号，片选有效时才接受一次传输，无效时忽略传输周期。

address

1~32

In

No

连接Avalon交换架构和从端口的地址线，指定了从外设地址空间的一个字的地址偏移。

可以访问一个字，从每个地址访问一个完整的数据单元（其位数取决于与readdata、writedata宽度）。

read

1

In

No

读从端口的请求信号。

当从端口不输出数据时不使用该信号。

若使用了该信号，则必须使用readdata或data信号。

readdata

（注）

1~1024

Out

No

读传输时，输出到Avalon交换架构的数据线。

若使用了该信号，则data信号不能使用。

write

1

In

No

写从端口的请求信号。

当从端口不从Avalon交换架构接收数据，不需要该信号。

若使用了该信号，必须使用writedata或data信号，writebyteenable信号不能使用。

writedata

（注）

1～1024

In

No

写传输时，来自Avalon交换架构的数据线。

若使用了该信号，data信号不能使用。

byteenable

2,4,6,8,16,32,64,128

In

No

字节使能信号。

在对宽度大于8位的存储器进行写传输时，该信号用于选择特定的字节段。

若使用了该信号，writedata信号页必须使用，writebyteenable信号不能使用。

writebyteen

able

2,4,6,8,16,32,64,128

In

No

相当于byteenable信号和write信号的逻辑与操作。

若使用了该信号，writedata信号必须使用，write和byteenable信号不能使用。

begintransfer

1

In

No

在每次传输的第一个周期内有效，使用用法取决于具体的外设。

其它

信号

Irq

1，32

In

No

中断请求信号。

如果Irq信号是一个32位的矢量信号，那么它的每一位直接对应一个从端口上的中断信号，它与中断优先级没有任何的联系；如果Irq是一个单比特信号，那么它是所有从外设的Irq信号的逻辑或，中断优先级由irqnumber信号确定。

irqnumber

6

In

No

只有在irq信号为单比特信号时，才使用irqnumber信号来确定外设的中断优先级。

Irqnumber的值越小，所代表的中断优先级越高。

reset

1

In

No

全局复位信号。

实现跟外设相关。

resetrequest

1

Out

No

允许外设将整个Avalon系统复位。

复位操作立即执行。

注：

如果从端口使用动态地址对齐，信号宽度必须是2的幂

如果从端口同时使用readdata和writedata信号，这两个信号的宽度必须相等

如果从端口使用动态地址对齐，信号宽度必须是2的幂。

从端口的基本读传输：

从端口的基本写传输：

主端口信号：

信号类型

信号宽度

方向

必需

功能及使用描述

基本

信号

类型

clk

1

In

Yes

Avalon主端口的同步时钟，所有的信号必须与clk同步。

waitrequest

1

In

Yes

迫使主端口等待，直到Avalon交换架构准备好处理传输。

address

1~32

Out

Yes

从Avalon主端口到Avalon交换架构的地址线。

该信号表示的是一个字节的地址，但主端口只发出字边界的地址。

read

1

Out

No

主端口的读请求信号。

主端口不执行读传输时不需要该信号。

如果使用了该信号，readdata或data信号线必须使用。

readdata

8,16,32,64,128,256,512,1024

In

No

读传输时，来自Avalon交换架构的数据线。

当主端口不执行读传输时，不需要该信号。

如果使用了该信号，read信号必须使用，data信号不能使用。

write

1

Out

No

主端口的写请求信号。

不执行写传输时不需要该信号。

如果使用该信号，writedata或data信号必须使用。

writedata

8,16,32,64,128,256,512,1024

Out

No

写传输时，到Avalon交换架构的数据线。

当主端口不执行写传输时，不需要该信号。

如果使用了该信号，write信号必须使用，data信号不能使用。

byteenable

2,4,6,8,16,

32,64,128

Out

No

字节使能信号。

在对宽度大于8位的存储器进行写传输时，该信号用于选择特定的字节段。

读传输时，主端口必须置所有的byteenable信号线有效。

其它

信号

Irq

1，32

In

No

中断请求信号，如果Irq信号是一个32位的矢量信号，那么它的每一位直接对应一个从端口上的中断信号，它与中断优先级没有任何的联系；如果Irq是一个单比特信号，那么它是所有从外设的Irq信号的逻辑或，中断优先级由irqnumber信号确定。

irqnumber

6

In

No

只有在irq信号为单比特信号时，才使用irqnumber信号来确定外设的中断优先级。

Irqnumber的值越小，所代表的中断优先级越高。

reset

1

In

No

全局复位信号。

实现跟外设相关。

resetrequest

1

Out

No

允许外设将整个Avalon系统复位。

复位操作立即执行。

注：

如果主端口同时使用readdata和writedata信号，两个信号的宽度必须相等。

Avalon从端口没有任何信号是必须的

Avalon主端口必须有三个信号：

clk、address、waitrequest

前面所述的Avalon信号类型都是高电平有效的，Avalon接口规范也提供低电平有效的信号类型，在相应的信号类型名后添加”_n”表示。

8、Avalon总线的特点

1）简单性：

易于理解、易于使用。

2）占用资源少：

减少对FPGA片内资源的占用。

3）高性能：

Avalon总线可以在每一个总线时钟周期完成一次数据传输。

4）专用的地址总线、数据总线和控制总线：

简化