软核处理器简介

前不久，Altera 正式推出了Nios II系列32位RSIC嵌入式处理器。Nios II系列软核处理器是Altera的第二代FPGA嵌入式处理器，其性能超过200DMIPS，在Altera FPGA中实现仅需35美分。Altera的Stratix 、Stratix GX、 Stratix II和 Cyclone系列FPGA全面支持Nios II处理器，以后推出的FPGA器件也将支持Nios II。自Altera于2000年推出第一代16位Nios处理器以来，已经交付了13000多套Nios开发套件，Nios成为最流行的软核处理器。刚推出的Nios II系列采用全新的架构，比第一代Nios具有更高水平的效率和性能。和第一代相比，Nios II核平均占用不到50%的FPGA资源，而计算性能增长了1倍。Nios II系列包括3种产品，分别是：Nios II/f(快速)

——最高的系统性能，中等FPGA使用量;Nios II/s(标准)——高性能，低FPGA使用量;Nios II/e(经济)

——低性能，最低的FPGA使用量。这3种产品具有32位处理器的基本结构单元

——32位指令大小，32位数据和地址路径，32位通用寄存器和32个外部中断源;使用同样的指令集架构(ISA)，100%二进制代码兼容，设计者可以根据系统需求的变化更改CPU，选择满足性能和成本的最佳方案，而不会影响已有的软件投入。特别是，Nios II系列支持使用专用指令。专用指令是用户增加的硬件模块，它增加了算术逻辑单元(ALU)。用户能为系统中使用的每个Nios II处理器创建多达256个专用指令，这使得设计者能够细致地调整系统硬件以满足性能目标。专用指令逻辑和本身Nios II指令相同，能够从多达两个源寄存器取值，可选择将结果写回目标寄存器。同时，Nios II系列支持60多个外设选项，开发者能够选择合适的外设，获得最合适的处理器、外设和接口组合，而不必支付根本不使用的硅片功能。Nios II系列能够满足任何应用32位嵌入式微处理器的需要，客户可以将第一代Nios处理器设计移植到某种Nios II处理器上，Altera将长期支持现有FPGA系列上的第一代Nios处理器。另外，Altera提供了一键式移植选项，可以升级至Nios II系列。Nios II处理器也能够在HardCopy器件中实现，Altera还为基于Nios II处理器的系统提供ASIC的移植方式。Nios II处理器具有完善的软件开发套件，包括编译器、集成开发环境(IDE)、JTAG调试器、实时操作系统(RTOS)和TCP/IP协议栈。设计者能够用Altera Quartus II开发软件中的SOPC Builder系统开发工具很容易地创建专用的处理器系统，并能够根据系统的需求添加Nios II处理器核的数量。使用Nios II软件开发工具能够为Nios II系统构建软件，即一键式自动生成适用于系统硬件的专用C/C++运行环境。Nios II集成开发环境(IDE)提供了许多软件模板，简化了项目设置。此外，Nios II开发套件包括两个第三方实时操作系统(RTOS)

——MicroC/OS-II(Micrium)，Nucleus Plus(ATI/Mentor)以及供网络应用使用的TCP/IP协议栈。长期以来，Altera一直推行嵌入式处理器战略的原因是，随着应用的ASIC开发日益受到成本的困扰，OEM日渐转向FPGA来构建自己的系统。这些系统中绝大多数需要一个处理器，而Altera正是为设计者提供了为FPGA优化的灵活的嵌入式处理器方案，可以满足16位和32位嵌入式处理器市场的需求。估计到2007年，该市场价值将到达110亿美元。在FPGA中使用软核处理器比硬核的优势在于，硬核实现没有灵活性，通常无法使用最新的技术。随着系统日益先进，基于标准处理器的方案会被淘汰，而基于Nios II处理器的方案是基于HDL源码构建的，能够修改以满足新的系统需求，避免了被淘汰的命运。将处理器实现为HDL的IP核，开发者能够完全定制CPU和外设，获得恰好满足需求的处理器。

嵌入式处理器Nios®II系列为Altera® FPGA和可编程片上系统(SOPC)的集成应用专门做了优化。表1详细描述了Nios II软核嵌入式处理器系列的特性。

硬件开发工具 本页面详列了搭建Nios II处理器硬件系统所用到的开发工具。软件开发工具 本页面提供了Nios II集成开发环境(IDE)的相关信息，这是一种开发人员广泛应用的，包含编辑、编译和调试应用软件等功能的集成开发环境。开发套件 Altera及其合作伙伴提供了大量应用了NiosII系列嵌入式处理器的开发板套件。系统级设计流程 Altera的SOPC Builder工具提供了快速搭建SOPC系统的能力，这种架构可以是包含一个或几个CPU，提供存储器接口，外围设备和系统互连逻辑的复杂系统。