SOPC期末复习题
文具盒作文-小学五年级科学教案
第一、二章
【】名词解释
SOC 、SOPC、
IP、固核、软核、硬核、nios II、SOPC Builder、quartus II
【】构成SOPC系统的方案有哪些？各有什么特点？
【】简述SOPC系统开发流程？Quartus II 和SOPC
Builder在这过程中分别起什么作用？谈谈
你对SOPC的理解。
流程：
1. 分析系统需求，包括功能需求和性能要求等
2. 建立Quartus
II工程；
3. 使用QsysSOPC
Builder生成一个用户定制的系统模块（包括NIOS
II、标准外设模块
及用户定制外设模块）；
4.
将SOPC系统模块集成到Quartus II工程中，并添加一些模块，可以是Altera公司提
供的LPM模块、第三方提供的或用户自己定制的模块；将SOPC系统模块、Altera的LPM或
用户自定义的模块连接起来；建立顶层实体。
5.
分配引脚和编译工程，编译生成系统的硬件配置文件.sof和.pof文件；
6.
下载工程，验证，将配置文件下载到开发板上进行验证；
7.
软件开发，开发可以使用IDE开发环境；
8 编译软件工程，生成可执行文件.elf;
9.
调试程序，将硬件配置文件下载到开发板，将可执行文件下载到RAM，直到软硬件
协同工作。
SOPC Builder： nios2系统模块构建工具，用于配置、生成nios2系统模块；
QuartusII：用于完成Nios II硬件系统的分析综合、优化、适配、下载测试等
【】目前常见的软核处理器：Altera公司的Nios
II核，Xilinx公司的MicroBlaze核
第三章
【】Nios II
处理器系列包括三种内核（32位软核处理器） ：
Nios IIf
(快速)性能最高，但占用的逻辑资源最多； Nios IIe
(经济)占用的逻辑资源最少，
但性能最低； Nios IIs
(标准)具有平衡的性能和尺寸，NiosIIs内核比第一代的Nios
CPU更
快，占用的资源更少。
【】nios2架构提供存储器映射的（Memory-M
apped）IO访问：数据存储器和外设都被映
射到数据主端口的地址空间（外设和存储器使用统一的
地址空间）。
【】Nios II结构的指令主端口和数据主端口都支持高速缓存。高速缓存虽然改善
了系统的整
体性能，但使程序的执行时间变得不可预测。对于实时系统来说这一点至关重要。
【】存储数据时，nios2使用小端字节顺序：高字节对应高地址；低字节对应地址地。
【】紧耦合存储器(TCM)与高速缓存cache的区别。
第四章
【】名词解释
Avalon外设: 是Avalon存储器映射外设的简称，包括存储器、处理器、UART、PIO
、定
时器和总线桥、用户自定义Avalon外设等。外设和存储器使用相同的总线来寻址。
Avalon端口：完成数据传输的接口所包含的一组Avalon信号。分为主端口和从端口。
主端口在Avalon总线上发起数据传输，目标从端口在Avalon总线上响应主端口发起的数据<
br>传输。
主从端口对：是指在数据传输过程中，通过Avalon交换架构连接起来的主端口和从端
口。
Avalon传输：是指Avalon端口和Avalon交换架构之间的数据单元的读写操作。分为主
传输和从传输。主端口发起对交换架构的主传输；从端口响应来自交换架构的从传输。
【】在基于FPGA片上系统中，Avalon总线是用于连接哪些组件或设备的总线结构
A
valon总线规范是altera公司开发的用于连接处理器与片内外外设的总线技术；描述
了主从端
口之间的信号连接关系、传输模式及通信时序。
【】Avalon从端口传输可分为哪几种？
（1）从端口读传输
从端口基本读传输、具有固定可变等待周期的从端口读传输、具有建立时
间和固定等
待周期的从端口读传输。
（2）从端口写传输
从端口基本写传输、具有
固定可变等待周期的从端口写传输、具有建立时间保持时间
的从端口写传输。
【】地址边界：
是指由主端口数据宽度决定的字地址边界。例如主端口数据宽度为32位，
则本地地址边界落在0x00
、0x04、0x08、0x0C等地址上。
【】地址对齐：决定了从端口数据单元在主端口地址空间
中的位置。可分为静态地址对齐和
动态地址对齐2种方式。
本地地址对齐：从端口数据必须与主端口的地址边界对齐。
本地地址对齐的好处：
适用于映射到存储器空间的寄存器控制的从外设；一次只访问外设的一个控制数据
状态寄存器。
动态地址对齐：从端口数据在主端口地址空间中连续地按字节对齐
动态地址对齐的好处：
1）32位的Nios II处理器可以使用廉价的8位或16位存储器作为数据和程序存储。
2）存储器的物理宽度对于软件设计人员是透明的，在开发软件时，不必考虑程序
在何种宽度
的存储器上运行。
3）不需要软件进行数据拼接，软件开发简单且执行速度快。
第六、七章
【1】HAL系统库。
硬件抽象层HAL是轻量级的运行环境，提供了
设备驱动程序接口，应用程序使用设备
驱动程序接口访问底层硬件。
【2】HAL系统库为用户提供下列支持服务：
1）、集成newlib ANSI
C标准库，提供C标准库函数。
2）、提供访问系统中每个设备的驱动程序。
3）、提供统一的、标准的HAL服务接口HAL API，用于设备访问，中断处理等
4）、完成对系统的初始化，即在main()之前，执行处理器和运行环境的初始化任务。
5）、完成对系统外围设备的初始化。
【3】基于HAL开发NIOSII软件的优点是什么？
NIOSII处理器系统的HAL基于一个特定的SOPC Builder系统创建，SOPC
Builder与NiosII
EDS之间的紧密集成保证了：
（1）用户在创建应用工程时，NiosII
IDE也同时创建了HAL系统库，用户不必创建、复
制、编辑HAL系统库， NiosII
IDE自动为用户管理和维护HAL库；
（2）若SOPC
Builder的硬件系统发生了改动，NiosII
IDE会自动地对HAL系统库进行更
新，保证了底层硬件与应用程序的一致性。
【4】HAL支持的外围设备有哪几种？
1、字符模式设备，包括UART核、JTAG uart核和LCD16207显示控制器。
2、Flash存储器设备，包括通用Flash接口芯片和Altera
EPCS串行配置设备控制器。
3、文件子系统，包括只读文档系统。
4、定时器设备，包括定时器核。
5、DMA设备，包括DMA控制器核。
6、以太网设备，包括LABN91C111以太网MACCHY控制器。
【5】Nios2
程序的构成
Nios2程序由应用工程、库工程（可选的）和BSP（板级支持包）工程构成。
（1）nios2 CC++应用工程由一组源文件及一个makefile文件组成，其中一个源文件
包
含main函数，可以调用库和BSP中的函数。
（2）库工程：一组源代码的集合，库中
不包含main函数。这些源代码编译后生成库文
件（.a）。
（3）BSP工程是一个特殊
的库，包含特定系统的支持代码，为nios2处理器提供定制的
软件运行环境。BSP包含以下部分：
硬件抽象层HAL、newlib C标准库、设备驱动、软件包
（可选的）、实时操作系统（可选的）
【6】nios2工程的结构
1）应用工程即用户程序，由用户创建的（.c，.
h，.s，.S）文件定义。用户应用工程依
赖于HAL BSP工程。
2）HAL
BSP工程由nios2 SBT for eclipse中的BSP
settings定义，依赖于硬件系统。当用
户创建应用工程时，nios2 SBT for
eclipse会创建HAL BSP工程。HAL
BSP工程中包含所有的用
户程序和硬件之间的接口信息；以及和硬件系统有关的HAL设备驱动程序。
3）硬件系统又称为Nios2处理器系统，由系统集成工具（SOPC Builder 或 Qsy
s）创建
的.sopcinfo文件定义。当硬件系统发生变化时（即.sopcinfo文件发生改变
），可以使用nios2
SBT for
eclipse重新生成BSP工程，保证BSP工程和硬件系统之间同步更新。
【】系统描述文件
（system.h）：提供了nios2系统硬件的软件描述，即系统中都包含哪些硬
件。其内容取决
于硬件配置和HAL BSP属性。描述了系统中每个外设的如下信息：
外设的硬件配置
外设的基地址
中断信息
外设的名称
【】字符型设备的访问方法
1、使用标准输入输出错误通道来访问字符型设备。用户可以通
过BSP设置将标准通
道重定位到某一特定的字符型设备上。
2）使用通用的访问文件的方式访问字符型设备。
【】PIO核的功能和编程
功
能：1.数据输入和输出：可配置为输入、输出、或双向（带三态控制）。2.边沿捕捉：
能够捕捉输入
信号的上升沿、下降沿，或二者都可，捕捉结果保存在edgecapture寄存器中。
3.产生中断
：电平敏感：当输入信号为高电平时，产生中断；边沿敏感：取决于边沿类型。
编程：IO核不属于HAL支持的通用设备模型，因此不同通过HAL API或ANSI C标准库
来
访问。altera提供了HAL系统库头文件——altera_avalon_pio_regs.h，其中
定义了PIO核的
寄存器映射，提供了一些符号来访问底层硬件。
【】定时器设备的使用
HAL API提供2种类型的定时器驱动程序：系统时钟驱动和时间戳驱动。相关的HAL
API
函数在sysalt_alarm.h和sysalt_timestamp.h中定义。
【】三种基本的DMA传输
在HAL
DMA设备模型中，DMA传输有两种分类：发送或接收。
HAL提供两个设备驱动来实现发送通道
和接收通道：发送通道从数据源的缓冲器获得数
据，发送数据到目的设备；接收通道接收数据，并将数据
存到目的缓冲器中。
（1）DMA发送通道（2）DMA接收通道（3）存储器到存储器的DMA
传输（存储器到
存储器的DMA传输同时包括DMA接收通道和DMA发送通道）
【】通过HAL API来使用DMA设备的步骤。
【】简单Flash访问与精细Flash访问的比较
简单FLASH访问：函数写缓冲
数据到FLASH和从FLASH读数据都是以分区（block）的
层次进行的，写FLASH时，若
缓冲器比一个完整的分区小，函数会擦除整个分区。
精细FLASH访问：函数写缓冲数据到FLA
SH和从FLASH读数据都是以缓冲区的层次进
行的，写FLASH时，若缓冲区比一个完整的分区小
，函数保留之前存在于FLASH中的新写
数据单元之上和之下的数据。
【】NIOS2
的异常处理
NIOS异常包括
（1）硬件中断：外设通过处理器32个中断输入通道请求产生硬件中断
（2）软件异常：未实现指令、软件陷阱、其他异常
软件陷阱异常：当程序遇到软件陷阱指令
时，将产生软件陷阱异常。软件陷阱在程序需
要操作系统服务时常用到，操作系统的异常处理程序判断产
生软件陷阱的原因，然后执行相
应任务。
未定义指令异常：当处理器执行未定义指令时产生未
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
其它异常：是为将来系统扩展准备的。
【】NIOS
Ⅱ的异常处理流程
Nios II结构中所有的异常类型都由同一个地址处的异常处理程序（系
统ISR）来处理，
然后跳转到用户ISR。
流程：把status寄存器内容复制到es
tatus寄存器中，保存当前处理器状态—>清除status
寄存器的U位为0，强制处理器进入超
级用户状态—>清除status寄存器的PIE位为0，禁止
所有的硬件中断—>把异
常返回地址写入ea寄存器(r29)—>跳转到异常处理地址，进入系统
ISR。
【】使用HAL API实现中断编程的步骤。
【】工程应用
1、在nios
II最小系统中添加一个输入 PIO
核（KEY_PIO），并使能边沿触发中断功能，要求
编写应用程序，通过按键控制LED状态切换。
见实验指导书实验3按键中断实验。要求能够看懂程序，给出关键语句的注释。
2、通过HAL提供的系统时钟服务实现定时1s，要求每隔1s切换LED状态1次。
见实验指导书实验4定时器实验。要求能够看懂程序，给出关键语句的注释。
3、建立一个基于Nios II处理器的系统来控制8个LED，让其依次向左（或向右）循环移位<
br>点亮。编写应用程序代码，延时功能可调用函数usleep( )实现。