SOCP设计原理考试试卷答案

XX工业学院2013—2014学年第1 学期
SOC设计原理课程考试卷
参考答案与评分标准
一、简答题（每题7分，4个题，共28分）
1、请以自己的语言描述什么是SOC。

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。

同时它又是一种技术,用以实现从确定系统功能开始,到软/硬件划分,并完成设计的整个过程。

IP复用技术是SoC的设计基础。

2、请描述一下你对IP核的理解及其类型，并简要给出各类型的定义和特点。

答：IP核就是Intellectual Property，知识产权核。

是已经设计并通过验证的，具有某种确定功能的模块。

可分为以下几种：
1、软核，Soft Core
高级语言或HDL代码，可以是RTL描述或行为描述
2、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
3、硬核，Hard Core
生产验证过的版图和全套工艺文件
4、IIP，Implementation IP
可用于物理实现的IP
5、VIP，Verification IP
用于验证的IP
3、试述SOC架构设计中常用的处理器和DSP。

答：
1、ARM系列处理器
ARM系列处理器是一种RISC架构处理器，具有高性能、低功耗的特点。

2、MIPS处理器
MIPS是一种获得广泛应用的RISC架构处理器，其机制是尽量利用软件办法避免流水线中的数据相关问题。

3、PowerPC系列处理器
PowerPC系列处理器主要面向通信市场，某些FPGA芯片中集成了该处理器。

4、TI系列DSP
主要指的是C5000和C6000系列的DSP。

5、ADI系列DSP
和TI对应的一种高性能DSP。

6、NiosII软核处理器
ALTERA公司推出的一种32位软核处理器。

7、MicroBlaze软核处理器
XILINX公司推出的一种32位软核处理器。

4、写出Avalon从端口的信号类型，至少写五种。

答：
Clk：Avalon从端口的同步时钟。

Chipselect：Avalon从端口的片选信号。

Address：连接Avalon交换架构和从端口的地址线。

Read：读从端口的请求信号。

Write：写从端口的请求信号。

二、设计一个二分频电路，采用采用HDL语言。

（15分）
module half_clk(reset,clk_in,clk_out);
input clk_in,reset;
output clk_out;
reg clk_out;
always @(posedge clk_in)
begin
if(!reset) clk_out=0;
else clk_out=~clk_out;
end
Endmodule
三、分析基于HAL程序的启动顺序。

（10分）
答：P221
四、分析NiosII处理器主从端口的对齐方式。

（10分）
答：P111
五、代码分析，分析如下代码所实现的功能。

（10分）
该代码是用always块实现较复杂的组合逻辑电路，简单的指令译码电路的设计示例。

该电路通过对指令的判断，对输入数据执行相应的操作，包括加、减、与、或和求反，并且无论是指令作用的数据还是指令本身发生变化，结果都要作出及时的反应。

显然，这是一个较为复杂的组合逻辑电路
六、为NiosII处理器设计一条指令，实现与非功能。

（16分）
答：
module ci_nand(
dataa, // Operand A (always required)
datab, // Operand B (optional)
result // result (always required)
);
//INPUTS
input [31:0] dataa;
input [31:0] datab;
//OUTPUTS
output [31:0] result;
assign result = ~(dataa&datab);
endmodule
引用格式：ALT_CI_CI_NAND(a,b)。

七、设计一个SOC系统，实现在串口调试工具或者Nios II EDS console中输入数字控制开发板上的LED显示。

分析系统需求，并且画出硬件结构框图。

（16分）
答：每一个SOPC系统开发之前，都应该仔细分析系统需求，例如：系统运行性能要求，接口类型，处理带宽，和是否需要多线程软件。

基于这些问题，用户可确定具体的系统要求，比如，使用哪种NiosII处理器内核：比较小的还是比较快的，设计要求什么外设及其数量，功耗要求，使用哪种实时操作系统(RTOS)。

本实例的开发任务是：
在Nios II EDS console输入数字控制开发板上的LED显示。

如输入0则LEDG0亮，输入1则LEDG1亮，以此类推。

展示可用于控制LED的简单NiosII处理器系统。

利用最通用和有效的方法来建立实际的定制NiosII系统。

分析任务可以知道硬件系统组成应包含：
带有2kBytes指令高速缓存的NiosII/s处理器核；
8位输出I/O (PIO)管脚来控制LED；
SDRAM控制器（或者DDR SDRAM控制器）用于控制外部SDRAM；
UART串口模块，用于控制台和系统进行信息交互；
整个系统框图如下所示：。