SOPC
SOPC复习资料
SOPC复习资料1.什么是SOC？什么是SOPC？两者有何区别？System on Chip的缩写，指在单片上集成系统级多元化的大规模功能块，从而构成一个能够处理各种信息的集成系统。
System-on-a-Programmable-Chip，即可编程片上系统。
用可编程逻辑技术把整个系统放到一块硅片上，称作SOPC。
可编程片上系统（SOPC）是片上系统（SOC）的一种，即由单个芯片完成整个系统的主要逻辑功能；其特点在与，它是可编程系统，具有灵活的设计方式，可裁减、可扩充、可升级，并具备软硬件可编程的功能。
2.什么是IC,ASIC,SOC,SOPC?IC，即集成电路是采用半导体制作工艺，在一块较小的单晶硅片上制作上许多晶体管及电阻器、电容器等元器件，并按照多层布线或遂道布线的方法将元器件组合成完整的电子电路。
ASIC是Application Specific Integrated Circuit的英文缩写，在集成电路界被认为是一种为专门目的而设计的集成电路。
一般说来, SoC称为系统级芯片,也有称片上系统,意指它是一个产品,是一个有专用目标的集成电路,其中包含完整系统并有嵌入软件的全部内容。
System-on-a-Programmable-Chip，即可编程片上系统。
用可编程逻辑技术把整个系统放到一块硅片上，称作SOPC。
可编程片上系统（SOPC）是一种特殊的嵌入式系统：首先它是片上系统（SOC），即由单个芯片完成整个系统的主要逻辑功能；其次，它是可编程系统，具有灵活的设计方式，可裁减、可扩充、可升级，并具备软硬件在系统可编程的功能。
3.SOPC和ARM、DSP各有什么特点？ARM处理器是目前应用较广的典型32位RISC处理器，和另外两种处理器相比，其特点在于集成功能模块多、在系统中的控制能力强，产品线丰富、开发工具成熟。
DSP处理器转为数字信号处理而设计，在芯片的硬件设计中已经加入了对数字信号常用算法的支持和优化，相对ARM处理器，其控制功能较差。
sopc
∙SoPC即片上可编程系统(SoPC-System on a Programmable Chip)，是一种灵活、高效的SoC解决方案。
它将处理器、存储器、I/O口、LVDS等系统需要的作用模块集成到一个PLD器件上，构成一个可编程的片上系统。
它是PLD和SOC技术融合的结果。
目录∙构成sopc的三种方案∙sopc三种方案的比较∙sopc的特点∙sopc的开发流程∙sopc的解决方案构成sopc的三种方案∙ 1 基于FPGA嵌入IP硬核的SOPC系统：该方案是指在FPGA中预先植入处理器.最常用的是含有ARM32位知识产权处理器核的器件。
为了到达通用性,必须为常规的嵌入式处理器集成诸多通用和专用的接口,但增加了成本和功耗.如果将ARM或其它处理器核以硬核方式植入FPGA中,利用FPGA中的可编程逻辑资源,按照系统作用需求来添加接口作用模块,既能实现目标系统作用,又能降低系统的成本和功耗. 这样就能使得FPGA灵活的硬件设计和处理器的强大软件作用有机地结合在一起,高效地实现SOPC系统。
IP硬核直接植入FPGA存在以下不足: IP硬核多来自第三方公司,FPGA厂商无法控制费用,从而导致FPGA器件价格相对偏高. IP硬核预先植入,使用者无法根据实际需要改变处理器结构.更不能嵌入硬件加速模块(DSP). 无法根据实际设计需要在同一FPGA中集成多个处理器. 无法根据实际设计需要裁减处理器硬件资源以降低FPGA成本. 只能在特定的FPGA中使用硬核嵌入式处理器2 基于FPGA嵌入IP软核的SOPC系统：IP软核处理器能有效克服上述不足: 目前最有代表性的软核处理器分别是Altera公司的Nios II核,以及Xilinx公司的MicroBlaze核.特别是Nios II核,能很好的解决上述五方面的问题. Altera的Nios II核是用户可随意配置核构建的32位嵌入式处理器IP核,采用Avalon总线结构通信接口;包含由FS2开发的基于JTAG的片内设备内核. 在费用方面,由于Nios II是由Alter公司直接提供而非第三方厂商产品,故用户通常无需支付知识产权费用,Nios II的使用费用仅仅是其瞻仰的FPGA逻辑资源的费用3 基于HardCopy技术的SOPC系统：HardCopy就是利用原有的FPGA开发工具, 将成功实现于FPGA器件上的SOPC系统通过特定的技术直接向ASIC转化,从而克服传统ASIC设计中普遍存在的问题. ASIC (SOC)开发中难于克服的问题包括:开发周期长,产品上市慢,一次性成功率低,有最少投片量要求,设计软件工具繁多且昂贵, 开发流程复杂等.利用HardCopy技术设计ASIC,开发软件费用少,SOC级规模的设计周期不超过20周,转化的ASIC和用户设计习惯的掩模层只有两层,且一次性投片的成功率近乎100%,即所谓的FPGA 向ASIC的无缝转化用ASIC实现后的系统性能将必原来在HardCopy FPGA上验证的模型提高近50%,而功耗则降低40%.HardCopy技术是一种全新的SOC级ASIC设计解决方案,即将专用的硅片设计和F PGA至HardCopy自动迁移过程结合在一起的技术,首先利用Quartus II将系统模型成功实现于HardCopy FPGA上,然后帮助设计者把可编程解决方案无缝地迁移到低成本的ASIC上.这样, HardCopy器件就把大容量FPGA的灵活性和ASIC 的市场优势结合起来,实现对于有较大批量要求并对成本敏感的电子产品上,从而避开了直接设计ASIC的困难.sopc三种方案的比较∙sopc的特点∙SOPC结合了SOC和PLD、FPGA各自的优点，一般具备以下基本特征：至少包含一个嵌入式处理器内核；具有小容量片内高速RAM资源；丰富的IP Core资源可供选择；足够的片上可编程逻辑资源；处理器调试接口和FPGA编程接口；可能包含部分可编程模拟电路；单芯片、低功耗、微封装。
第章sopc技术概述
Nios II /f (快速)
Nios II /s (标准) Nios II /e (经济)
针对最佳性能优化 平衡性能和尺寸 针对逻辑资源占用优化
6级 1 周期 动态 可设置 可设置
5级 3 周期 静态 可设置 无
无 软件仿真实现 无 无 无
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1.3 Nios II软核简介
❖ 外设的可定制性
Altera公司NIOS和NIOS II Xilinx的MicroBlaze
1.3 Nios II软核简介
❖ Nios II是Altera公司2004年6月推出的第二代软核处理器。 ❖ 相对于Nios，Nios II 性能更高，占用FPGA的资源更少，
而与之配套的开发环境更先进，有更多的资源可供用户使用。 ❖ Nios II系列32位RISC嵌入式处理器具有超过200 DMIP的性
1.2 基本概念
❖ 软核
IP软核通常是用HDL文本形式提交给用户，它经过 RTL级设计优化和功能验证，但其中不含有任何具 体的物理信息。据此，用户可以综合出正确的门电 路级设计网表，并可以进行后续的结构设计，具有 很大的灵活性，借助于EDA综合工具可以很容易地 与其他外部逻辑电路合成一体，根据各种不同半导 体工艺，设计成具有不同性能的器件。软IP内核也 称为虚拟组件（VC-Virtual Component）。
1.3 Nios II软核简介
定时器/计数器 用户逻辑接口 外部SRAM接口
SDR SDRAM
PCI DDR2 SDRAM
SHA-1
外部三态桥接 EPCS串行闪存控制 器
JTAG UARTC S8900 10Base-T接口
片内ROM
直接存储器通道 (DMA)
SOPC技术定义
SOPCSystem-on-a-Programmable-Chip即可编程片上系统用可编程逻辑技术把整个系统放到一块硅片上，称作SOPC。
可编程片上系统（S OPC）是一种特殊的嵌入式系统：首先它是片上系统（SOC），即由单个芯片完成整个系统的主要逻辑功能；其次，它是可编程系统，具有灵活的设计方式，可裁减、可扩充、可升级，并具备软硬件在系统可编程的功能。
SOPC的特点SOPC结合了SOC和PLD、FPGA各自的优点，一般具备以下基本特征：至少包含一个嵌入式处理器内核；具有小容量片内高速RAM资源；丰富的IP Core资源可供选择；足够的片上可编程逻辑资源；处理器调试接口和FPGA编程接口；可能包含部分可编程模拟电路；单芯片、低功耗、微封装。
SOPC的技术内容SOPC设计技术涵盖了嵌入式系统设计技术的全部内容，除了以处理器和实时多任务操作系统（RTOS）为中心的软件设计技术、以PCB和信号完整性分析为基础的高速电路设计技术以外，SOPC还涉及目前以引起普遍关注的软硬件协同设计技术。
由于SOPC的主要逻辑设计是在可编程逻辑器件内部进行，而BGA封装已被广泛应用在微封装领域中，传统的调试设备，如：逻辑分析仪和数字示波器，已很难进行直接测试分析，因此，必将对以仿真技术为基础的软硬件协同设计技术提出更高的要求。
同时，新的调试技术也已不断涌现出来，如Xilinx公司的片内逻辑分析仪Chip Sco pe ILA就是一种价廉物美的片内实时调试工具。
SOPC技术主要应用以下三个方向：1）基于FPGA嵌入IP硬核的应用。
这种SOPC系统是指在FPGA中预先植入处理器。
这使得FPGA灵活的硬件设计与处理器的强大软件功能有机地结合在一起，高效地实现SOPC系统。
2）基于FPGA嵌入IP软核的应用。
这种SOPC系统是指在FPGA中植入软核处理器，如：NIOS II核等。
用户可以根据设计的要求，利用相应的EDA工具，对N IOS II及其外围设备进行构建，使该嵌入式系统在硬件结构、功能特点、资源占用等方面全面满足用户系统设计的要求。
SOPC设计应用概述
IP复用技术
SoC 设计是一个复杂的过程，如果是从头开始完成芯片 设计，显然将花费大量的人力物力。另外，现在电子 产品的生命期正在不断缩短，这要求芯片的设计可以 在更短的周期内完成。为了加快SoC 芯片设计的速度 ，人们将已有的IC 电路以模块的形式，在SoC 芯片设 计中调用，从而简化芯片的设计，缩短设计时间，提 高设计效率。
SOPC？
定义：SOPC (System On a Programmable Chip，可 编程片上系统）技术是指面向单片系统级专用集成电 路设计的计算机技术。 它是利用可编程逻辑技术把整个系统放到一块硅片上 。SOPC是片上系统（SOC， System On a Chip ），即 由单个芯片完成整个系统的主要逻辑功能；同时它又 是可编程系统，可裁减，可扩充，可升级。
IP的分类
软核，Soft Core 高级语言或HDL代码，可以是RTL描述或行为描述
固核，Firm Core 映射到标准单元库的门级网表，可带有部分的物理设计
信息 硬核，Hard Core 生产验证过的版图和全套工艺文件 IIP，Implementation IP 可用于物理实现的IP VIP，Verification IP 用于验证的IP
IP的标准化
IP的标准化 IP复用技术对IP模块的标准化提出要求 SoC标准化组 织
1. VSIA, Virtual Socket Interface Alliance, 虚拟插件接口联盟 2. 3. VC, Virtual Component, 虚拟元件
片上总线标准
SOPC实现方案的优势
延长产品生命周期 1. 缩短产品上市时间 2. 建立有竞争性的优势 3. 延长产品的生命周期 4. 在产品产量增加的情况下降低成本
sopc的技术方案
以我给的标题写文档，最低1503字，要求以Markdown 文本格式输出，不要带图片，标题为：sopc的技术方案# SOPC的技术方案## 1. 简介系统级片上系统（System-on-a-Chip, SOC）是将多个不同类型的硬件功能集成在一个芯片上的技术。
可编程逻辑器件（Programmable Logic Device, PLD）也得以发展，最终演变为可编程系统单片（System-on-Programmable Chip, SOPC）。
SOPC是一种集成了处理器核、外设和可编程逻辑资源的芯片。
本文将介绍SOPC的技术方案，包括其核心概念、设计流程和应用领域。
## 2. 核心概念### 2.1 可编程逻辑资源SOPC的核心是可编程逻辑资源，通常是通过可编程逻辑器件（如FPGA）实现的，用于实现不同的硬件功能。
可编程逻辑资源包括逻辑门、寄存器、复杂的算术逻辑单元（Complex Arithmetic Logic Unit, ALU）等，可以通过编程方式重新配置其功能和连接关系。
### 2.2 处理器核SOPC通常包含一个或多个处理器核，用于执行软件程序。
处理器核能够与可编程逻辑资源进行通信，并与外围设备进行交互。
处理器核有不同的架构和性能，常见的例子包括ARM Cortex-M系列和Intel x86系列。
### 2.3 外围设备外围设备包括各种接口和控制器，用于与外部设备进行数据交换。
常见的外围设备有串行接口（UART）、并行接口、时钟管理模块、存储器控制器等。
## 3. 设计流程SOPC的设计流程包括以下几个关键步骤：1. **需求分析**：确定所需的功能和性能指标，包括处理器核选择、外设选择和可编程逻辑资源容量等。
2. **系统设计**：根据需求分析结果，进行系统框架设计和模块划分。
3. **硬件设计**：根据系统设计，实现硬件模块的详细设计，包括处理器核、外设和可编程逻辑资源的配置和连接。
实验七 SOPC 基础实验
实验七SOPC 基础实验SOPC即System-On-a-Programmable-Chip（可编程片上系统），本章通过一系列的实验，使学习者对SOPC的应用有较为深刻的认识，并对FPGA的仿真与设计环境有深入的了解，为进一步的工作奠定基础。
7.1 SOPC概述SOPC是PLD和ASIC技术融合的结果，它是一种特殊的嵌入式系统。
首先它是片上系统（SOC），即由单个芯片完成整个系统的主要逻辑功能；其次，它是可编程系统，具有灵活的设计方式，可裁减、可扩充、可升级，并具备软硬件在系统可编程的功能。
由于FPGA无论在逻辑门密度还是在运行频率等诸多方面都取得了长足进步，基于FPGA的嵌入式系统成为SOPC的热点。
目前已经可以把处理器软核、ASIC硬核、数字信号处理器件以及网络控制等各种数字逻辑控制器以IP核的形式集成到FPGA芯片里，构成嵌入式系统。
7.2 基本硬件设计实验嵌入式开发环境EDK是用于设计嵌入式处理系统的集成软件，是利用嵌入式PowerPC™硬处理器核和/或Xilinx MicroBlaze™软处理器核进行Xilinx平台FPGA设计时所需的全部技术文档和IP。
EDK包括硬件部分和软件部分：1. 硬件部分：Xilinx Platform Studio (XPS)XPS是设计嵌入式处理器系统硬件部分的开发环境和用户图形界面。
可使用底层系统生成器BSB（Base System Builder ）创建XPS工程，BSB能够快速和有效地创建工程设计。
Xilinx推荐使用BSB向导来创建任何新的嵌入式设计工程，BSB能够满足你所有设计的需要，并且可以帮助你节省很多时间。
使用BSB创建XPS的过程如下：创建顶层工程文件(*.xmp File)选择板型选择和配置处理器选择和配置多重I/O口添加内部的外围设备设置软件观看系统摘要页2. 软件部分：Software Development Kit (SDK)SDK是综合的开发环境，是对XPS的补充，可用C/C++进行嵌入式软件应用的编写和验证。
EDA
Internal Register File
readrb writerc
8.2 SOPC设计应用 设计应用
SOPC系统设计包括哪些内容：软件设计和硬件设计两个部分，既有软硬件的独立设计，又有软 系统设计包括哪些内容：软件设计和硬件设计两个部分，既有软硬件的独立设计， 系统设计包括哪些内容 硬件协同设计以及系统调试技术。 硬件协同设计以及系统调试技术。 8.2.1 SOPC系统设计流程 系统设计流程 8.2.2 SOPC系统硬件设计 系统硬件设计 8.2.3 SOPC系统软件开发 系统软件开发 8.2.4 NiosⅡ自定义指令逻辑 Ⅱ
8.2.2 SOPC系统硬件设计 系统硬件设计
举例：利用Nios II处理器控制外围 处理器控制外围LED的显示系统设计 举例：利用 处理器控制外围 的显示系统设计 SOPC系统硬件设计包括：QuartusII开发环境下的硬件设计、SOPC Builder开发环境下构建 系统硬件设计包括： 开发环境下的硬件设计、 系统硬件设计包括 开发环境下的硬件设计 开发环境下构建 Nios II嵌入式处理器系统。 嵌入式处理器系统。 嵌入式处理器系统 硬件设计主要完成的工作： 处理器的构建和外围设备接口的设计， 硬件设计主要完成的工作：Nios II处理器的构建和外围设备接口的设计，在Quartus II中完成引 处理器的构建和外围设备接口的设计 中完成引 脚分配、电路综合及下载。 脚分配、电路综合及下载。 目的：熟悉SOPC系统的硬件设计流程和方法。 系统的硬件设计流程和方法。 目的：熟悉 系统的硬件设计流程和方法
Ⅱ处理器 8.1.3 Nios Ⅱ处理器
SOPC的核心：是嵌入式处理器内核。SOPC系统中的嵌入式内核可以使用任意一款软核处理器或 的核心：是嵌入式处理器内核。 的核心 系统中的嵌入式内核可以使用任意一款软核处理器或 硬核处理器，该处理器可以非常复杂而且功能强大，也可以非常简单。 硬核处理器，该处理器可以非常复杂而且功能强大，也可以非常简单。所以人们选择处理器 一般都会考虑相应的硬件和软件开发工具以及该处理器与可编程逻辑器件、 时，一般都会考虑相应的硬件和软件开发工具以及该处理器与可编程逻辑器件、外部设备的 接口能力。 接口能力。 Nios II处理器：是Altera公司的产品，是目前使用较多的一款嵌入式软核处理器，具有可配置性、 处理器： 公司的产品， 处理器 公司的产品 是目前使用较多的一款嵌入式软核处理器，具有可配置性、 成本低、灵活性高的优势。 成本低、灵活性高的优势。 Nios II处理器特性： 处理器特性： 处理器特性 位指令集； （1）32位指令集； ） 位指令集 位数据总线宽度和32位地址空间 （2）32位数据总线宽度和 位地址空间； ） 位数据总线宽度和 位地址空间； 个通用寄存器和32个外部中断源 （3）32个通用寄存器和 个外部中断源； ） 个通用寄存器和 个外部中断源； 乘法器和除法器； （4）32×32乘法器和除法器； ） × 乘法器和除法器 位和128位乘法的专用指令 位乘法的专用指令； （5）可以计算 位和 ）可以计算64位和 位乘法的专用指令； （6）单精度浮点运算指令； ）单精度浮点运算指令； 的调试逻辑， （7）基于边界扫描测试 ）基于边界扫描测试JTAG的调试逻辑，支持硬件断点、数据触发以及片内和片外调试跟踪； 的调试逻辑 支持硬件断点、数据触发以及片内和片外调试跟踪； 个用户自定义指令逻辑； （8）最多支持 ）最多支持256个用户自定义指令逻辑； 个用户自定义指令逻辑 万条指令每秒） （9）最高 ）最高250DMIPS（25000万条指令每秒）的性能。 （ 万条指令每秒 的性能。
SOPC方案
SOPC方案引言：在当今数字技术高速发展的时代，各类电子设备的设计与开发成为了不可或缺的一环。
嵌入式系统的设计需求越来越复杂，为了满足这一需求，诞生了SOPC（System on a Programmable Chip）方案。
本文将详细介绍SOPC方案的定义、优势以及应用领域，以便更好地理解和应用该方案。
定义：SOPC是一种将系统级硬件和软件集成在一个可编程芯片上的设计方案。
通过SOPC方案，用户可以根据自己的需求灵活设计硬件系统，并利用编程方式控制系统的功能和性能。
SOPC方案的核心是可编程逻辑器件，如FPGA（Field Programmable Gate Array）。
优势：1. 灵活性：SOPC方案采用可编程芯片，使得系统硬件可以根据需求进行灵活定制。
不同于传统固定功能的硬件电路，SOPC方案可以根据用户的具体需求进行设计和修改，提供更加灵活的解决方案。
2. 可重构性：利用SOPC方案，用户可以通过重新配置硬件逻辑通过编程方式快速修改和调整系统功能。
这种可重配置性使得系统在设计阶段和实际应用中具备更强的适应性和可扩展性。
3. 性能优化：通过SOPC方案，用户可以根据应用的需求和资源限制精确控制系统的功能和性能。
此外，由于硬件和软件的紧密结合，SOPC方案有助于提高系统的运行效率和优化功耗。
4. 开发效率：SOPC方案通过软件和硬件的集成，简化了系统设计的流程。
借助现成的IP核（Intellectual Property Core）和开发工具，开发人员可以快速搭建嵌入式系统，并且可以使用高级编程语言进行开发。
应用领域：1. 通信领域：SOPC方案在通信设备的设计中得到了广泛应用。
通过SOPC方案，通信设备可以适应不同的接口、协议和传输速率，并且可以进行灵活的调试和维护。
2. 工业自动化：SOPC方案可以用于工业自动化控制系统的设计与开发。
通过SOPC方案，工控系统可以根据具体要求进行硬件逻辑的编程，实现自动化控制和数据采集等功能。
sopc开发流程
SOPC开发流程
一、硬件设计阶段
1.确定系统需求
（1）定义系统功能和性能要求
（2）确定硬件接口和功能模块
2.进行系统架构设计
（1）划分系统模块
（2）设计模块之间的通信接口
二、软件编程阶段
1.确定软件需求
（1）定义软件功能和算法
（2）确定软件与硬件的接口规范
2.进行软件编程
（1）编写软件程序
（2）测试软件功能和稳定性
三、系统集成阶段
1.硬件与软件集成
（1）将硬件和软件进行集成
（2）确保硬件与软件协同工作正常2.进行系统调试
（1）调试系统功能和性能
（2）优化系统性能和稳定性
四、验证和测试阶段
1.确认系统功能
（1）验证系统功能是否符合需求（2）进行功能性测试
2.进行性能测试
（1）测试系统响应速度和资源利用率（2）确保系统性能达标
五、部署和发布阶段
1.准备部署环境
（1）确定部署硬件平台和软件环境（2）进行部署准备工作
2.系统部署
（1）将系统部署到目标平台
（2）部署后的系统功能测试
六、运行和维护阶段
1.系统运行
（1）系统投入运行
（2）监控系统运行状态
2.系统维护
（1）定期维护系统
（2）处理系统运行中的问题
以上是SOPC开发流程的详细步骤，确保系统开发按照规范进行，达到预期效果。
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SOPC
SOPC，英文全称为System On a Programmable Chip，中文意思为可编程片上系统。
用可编程逻辑技术把整个系统放到一块硅片上，称作SOPC。
可编程片上系统（SOPC）是一种特殊的嵌入式系统：它是用可编程
逻辑技术把整个系统放到一块硅片上，来用于嵌入式系统的研究和电子信息
处理。
首先它是片上系统（SOC），即由单个芯片完成整个系统的主要逻辑功能；其次，它是可编程系统，具有灵活的设计方式，可裁减、可扩充、可升
级，并具备软硬件在系统可编程的功能。
可以这样说，SOPC 是PLD 和SOC
技术融合的结果。
SOPC 有何特点？
SOPC 结合了SOC 和PLD、FPGA 各自的优点，一般具备以下基本
特征：（1）至少包含一个嵌入式处理器内核；（2）具有小容量片内高速
RAM 资源；（3）丰富的IP Core 资源可供选择；（4）足够的片上可编程逻
辑资源；（5）处理器调试接口和FPGA 编程接口；（6）可能包含部分可编
程模拟电路；（7）单芯片、低功耗、微封装。
SOPC 技术方案种类及指标比较。