SOPC技术定义

SOPC

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（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。

3）基于HardCopy技术的应用。这种SOPC系统是指将成功实现于FPGA器件上的SOPC系统通过特定的技术直接向ASIC转化。把大容量FPGA的灵活性和AS IC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，避开了直接设计ASIC的困难。

现在市场上Altera公司支持SOPC的FPGA芯片有：

1）Cyclone系列

2）Cyclone II系列

3）Cyclone III系列

4）Stratix系列

5）Stratix II系列

6）Stratix III系列

SOPC的前景

SOPC是PLD和ASIC技术融合的结果，目前0.13微米的ASIC产品制造价格仍然相当昂贵，相反，集成了硬核或软核CPU、DSP、存储器、外围I/O及可编程逻辑的SOPC芯片在应用的灵活性和价格上有极大的优势。SOPC被称为“半导体产业的未来”。

基于FPGA的SOPC技术

基于FPGA的数字时钟设计 摘要：EDA技术在电子系统设计领域越来越普及，本设计主要利用VHDL和C 语言在FPGA实验板上设计一个电子数字钟，它的计时周期为24小时，显示满刻度为23时59分59秒、。总的程序由几个各具不同功能的单元模块程序拼接而成，其中包括分频程序模块、时分秒计数模块、处理器及外设模块，并且使用QuartusII运用VHDL语言对分频和计数两个模块进行硬件电路设计和电路波形仿真，运用sopc技术嵌入内核并创建了系统所需的外部设备FLASH和SRAM 软件通过使用NiosII运用C语言进行编程然后下载到硬件电路中,并在FPGA实验板上进行调试和验证。该设计采用自顶向下、混合输入方式（原理图输入—顶层文件连接和VHDL语言输入—各模块程序设计）实现数字钟的设计、下载和调试。 关键词：数字钟；FPGA；VHDL语言；C语言；SOPC技术；

1、选题背景和研究内容 近年来,随着数字集成电路技术的发展,用以前传统的方法进行芯片或系统设计已不能满足要求, 迫切需要提高设计效率。能大大降低设计难度的VHDL设计方法正在被越来越广泛的采用。VHDL 即超高速集成电路硬件描述语言,诞生于1982 年。1987年底, VHDL被IEEE和美国国防部确认为标准硬件描述语言。此后VHDL 在电子设计领域得到了广泛的接受,并逐步取代了原有的非标准的硬件描述语言。1993年IEEE对VHDL 进行了修订,从更高的抽象层次和系统描述能力上扩展VHDL 的内容,公布了新版本的VHDL，即IEEE标准的1076--1993 版本。现在, VHDL作为IEEE的工业标准硬件描述语言,已成为通用硬件描述语言。 现在电子钟产品可谓百家争鸣，市场上到处可见一些功能齐全的设备，可能基于单片机的比较多，用FPGA设计电子钟可能比较少。因为两个都可以实现同样的功能，而FPGA芯片的价格远比单片机高。出于利润，当然会选择开发成本少的产品。本次设计的目的是为了检验所学的知识（VHDL语言与SOPC技术）同时结合实践巩固知识，由于初涉该领域，相关的知识可能不够全面，实践的经验不够，所以本设计旨在能够实现数字钟的功能，对于各模块设计的优化和性能等方面没有多加考虑。 2、SOPC技术概述 SOPC(System On Programmable Chip)即可编程的片上系统，或者说是基于大规模FPGA的单片系统。SOPC的设计技术是现代计算机辅助设计技术、EDA技术和大规模集成电路技术高度发展的产物。SOPC技术的目标就是试图将尽可能大而完整的电子系统，包括嵌入式处理器系统、接口系统、硬件协处理器或加速系统、DSP系统、数字通信系统、存储电路以及普通数字系统等，在单一FPGA 中实现，使得所设计的电路系统在其规模、可靠性、体积、功耗、功能、性能指标、上市周期、开发成本、产品维护及其硬件升级等多方面实现最优化。SOPC

技术课程设计基于SOPC技术实现数字闹钟

赣南师院 物理与电子信息学院 SOPC技术课程设计报告书 专业班级：09电信本 学生姓名：胡雯莹 学号：090802054 指导教师：管立新 设计时间：2011.12.30 基于SOPC技术实现数字闹钟 一、课题简介 SOPC技术是美国Altrea公司于2000年最早提出的，并同时推出了相应的开发软件Quartus II。SOPC是基于FPGA解决方案的SOC，与ASIC的SOC解决方案相比，SOPC系统及其开发技术具有更多的特色，构成SOPC的方案有多种途径，我们主要用到的是：基于FPGA嵌入IP硬核的SOPC 系统 1．基于FPGA嵌入IP硬核的SOPC系统 即在FPGA中预先植入嵌入式系统处理器。目前最为常用的嵌入式系统大多采用了含有ARM

的32位知识产权处理器核的器件。尽管由这些器件构成的嵌入式系统有很强的功能，但为了使系统更为灵活完备，功能更为强大，对更多任务的完成具有更好的适应性，通常必须为此处理器配置许多接口器件才能构成一个完整的应用系统。如除配置常规的SRAM、DRAM、Flash外，还必须配置网络通信接口、串行通信接口、USB接口、VGA接口、PS/2接口或其他专用接口等。这样会增加整个系统的体积、功耗，而降低系统的可靠性。但是如果将ARM或其他知识产权核，以硬核方式植入FPGA中，利用FPGA中的可编程逻辑资源和IP软核，直接利用FPGA中的逻辑宏单元来构成该嵌入式系统处理器的接口功能模块，就能很好地解决这些问题。 2．基于FPGA嵌入IP软核的SOPC系统 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NIOS 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。 二、数字闹钟的工作原理及设计过程 1、工作原理 数字闹钟组成结构 数字闹钟一般由振荡器、分频器、计数器、译码器、显示器及部分扩展电路等组成。 1.1 振荡器 振荡器是数字电子钟的核心，其作用是产生一个频率标准，即时间标准信号，然后再由分频器生成秒脉冲，所以，振荡器频率的精度和稳定度就基本决定了数字电子钟的准确度，为产生稳定的时间标准信号，一般采用石英晶体振荡器。从数字电子钟的精度考虑，振荡频率越高记数精度越高。

“数控技术”课程教学大纲

“数控技术”课程教学大纲 英文名称：Numerical Control Technology 课程编号：MACH3436 学时：56 （理论学时：40 实验学时：12 上机学时：4 课外学时： 16（课外学时不计入总学时）） 学分：3 适用对象：机械工程及自动化专业三、四年级 先修课程：微机原理及接口技术、数字/模拟电子技术、C语言 使用教材及参考书： [1] 任玉田. 新编机床计算机数控技术. 北京:理工大学出版社， 2005. [2] 黄玉美，王润孝，梅雪松. 机械制造装备设计. 北京:高等教 育出版社，2008. [3] 李斌、李曦等. 数控技术，华中科技大学出版社，武汉，2010. [4] 毕承恩，丁乃健. 现代数控机床. 北京:机械工业出版社，1994. [5] 王爱玲. 现代数控原理及控制系统. 北京:国防工业出版社， 2005. [6] FANUC系统、Siemens系统等各式各类技术手册. 一、课程性质和目的 性质：专业知识类专业主干课程 目的：学习本课程的目的是掌握数控技术的基本原理、基本构成，数控机床的基本使用，培养数控系统的开发和初步设计能力，以及数

控机床控制系统的维护技能。 本课程的主要任务： 1. 学习数控技术的基本原理和基本知识； 2. 掌握数控加工程序的编写与数控机床的基本使用； 3. 培养数控系统的分析与设计能力。 二、课程内容简介 本课程讲述了数控技术的基本知识：数控技术的现状及发展；零件数控加工程序的编制知识，零件数控加工程序的编制，现代CAD/CAM 的自动编程技术；机床数控系统的软、硬件结构及其组成；数控插补原理、刀补原理，及其计算机实现方法；数控伺服系统基本组成，检测装置基本原理及其选用，位置控制的实现原理及方法；伺服驱动装置的工作原理，数控系统速度及加减速控制的实现方法。通过学习能够初步设计、维护并开发实际的数控系统。 本课程还包括以下实验内容：了解数控机床的组成及基本操作，了解数控机床驱动及检测元器件，了解位置反馈测量信号分析；编制数控车床、铣床加工零件的数控加工程序并在机床上进行实际操作；插补程序编制。 三、教学基本要求 1. 了解数控技术的现状与发展 2. 掌握数控系统及数控机床的工作原理与结构 3. 掌握数控系统的硬件与软件基本结构 4. 掌握伺服系统的工作原理与结构，以及控制方法

第一章 数控加工技术概述

第一章数控加工技术概述 1.1数控机床概述 1.1.1数控机床的组成 用数控机床加工零件，是按照事先编制好的加工程序自动地对零件进行加工。它是把零件的加工工艺路线、刀具运动轨迹、切削参数等，按照数控机床规定的指令代码及程序格式编写成加工程序单，再把程序单的内容输入到数控机床的数控装置中，从而控制机床加工零件。数控加工的过程见图1.1。 图1.1 数控加工过程 数控机床由数控系统和机床本体两大部分组成，而数控系统又由输入输出设备、数控装置、伺服系统、辅助控制装置等部分组成。图1.2所示为数控机床的组成示意图。 图1.2 数控机床的组成 1．输入输出设备 输入输出设备的作用是输入程序，显示命令与图形，打印数据等。数控程序的输入是通过控制介质来实现的，目前采用较多的方法有软盘、通信接口和

MDI方式。MDI即手动输入方式，它是利用数控机床控制面板上的键盘，将编写好的程序直接输入到数控系统中，并可通过显示器显示有关内容。 随着计算机辅助设计与制造（CAD／CAM）技术的发展，有些数控机床可利用CAD／CAM软件在通用计算机上编程，然后通过计算机与数控机床之间的通信，将程序与数据直接传送给数控装置。 2．数控装置 数控装置是数控机床的“指挥中心”。它的功能是接受外部输入的加工程序和各种控制命令，识别这些程序和命令并进行运算处理，然后输出控制命令。在这些控制指令中，除了送给伺服系统的速度和位移指令外，还有送给辅助控制装置的机床辅助动作指令。现在的数控机床一般都采用微型计算机作为数控装置，这种数控装置称为计算机数控(CNC)装置。 3．伺服系统 数控机床的伺服驱动系统分主轴伺服驱动系统和进给伺服驱动系统。主轴伺服驱动系统用于控制机床主轴的旋转运动，并为机床主轴提供驱动功率和所需的切削力。进给伺服驱动系统是用于机床工作台或刀架坐标的控制系统，控制机床各坐标轴的切削进给运动，并提供切削过程所需的转矩。 每—坐标轴方向的进给运动部件配备一套进给伺服驱动系统。相对于数控装置发出的每个脉冲信号，机床的进给运动部件都有一个相应的位移量，此位移量称为脉冲当量，也称为最小设定单位，其值越小，加工精度越高。 4，辅助控制装置 数控机床除对各坐标轴方向的进给运动部件进行速度和位置控制外，还要完成程序中的辅助功能所规定的动作，如主轴电机的启停和变速、刀具的选择和交换、冷却泵的开关、工件的装夹、分度工作台的转位等。由于可编程序控制器（PLC）具有响应快、性能可靠、易于编程和修改等优点，并可直接驱动机床电器，因此，目前辅助控制装置普遍采用PLC控制。 5．机床本体 机床本体即为数控机床的机械部分，主要包括主传动装置、进给传动装置、床身、工作台等。与普通机床相比，数控机床的传动装置简单，而机床的

第四部分3：SoPC技术基础

可编程逻辑器件与VHDL设计技术
第四部分：SoPC技术基础
北京理工大学雷达技术研究所
陈禾

可编程逻辑器件与VHDL设计技术
SoPC技术概述
SoPC是SoC
SoPC是可编程片上系统（System on Programmable Chip）,首先它是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设计技术实际上涵盖了嵌入式系统设计 技术的全部内容，除了以处理器和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 及目前已引起普遍关注的软硬件协同设计技术。

可编程逻辑器件与VHDL设计技术
SoPC是SoC设计方法的革命
以往的SoC设计依赖于固定的ASIC。其设计方 法通常采用全定制和半定制电路设计方法，开 发周期变长，开发费用。 SoC的设计往往会包含处理器模块，从而使其 更加复杂。如果包含多个处理器构成并行处理 系统的话，复杂程度还会进一步增加。这时， 这些处理器的强大功能和高速运算将使得集成 后的模块验证非常复杂。此外，当SoC采用处 理器后，嵌入式软件的设计也被集成到了SoC 的设计流程中，这就使得SoC的设计需要面临 软件问题。

可编程逻辑器件与VHDL设计技术
SoPC是SoC设计方法的革命
与ASIC比较起来，可编程逻辑器件(PLD)，尤 其是平台级FPGA，设计起来灵活便捷，不仅 性能、速度、连接具有优势，而且可以缩短上 市时间。现代平台级FPGA各自的优点，一般 具备以下基本特征：
可以包含一个以上的嵌入式处理器IP核； 具有片内高速RAM资源和丰富的IP核资源可供灵活 选择； 足够的片上可编程逻辑资源，可能还包含部分可编 程模拟电路； 处理器调试接口和FPGA编程接口共用或并存； 单芯片、低功耗、微封装。
在半导体领域中，FPGA呈现出一枝独秀的增 长态势，越来越多地成为系统级芯片设计的首 选。

sopc技术与应用

Sopc技术与应用 SOPC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.SOPC是一种特殊的嵌入式系统,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但它不是简单的SOC,它也是可编程系统，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前提是SOC系统,所以SOPC继承着了SOC的各种特点,而且SOPC兼具这PLD和FPGA 的优点，一般概括其特点为: （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IPCore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ChipScopeILA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：NIOSII核等。用户可以根据设计的要求，利用相应的EDA工具，对NIOSII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。 （3）基于HardCopy技术的应用。这种SOPC系统是指将成功实现于FPGA器件上的SOPC系统通过特定的技术直接向ASIC转化。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，避开了直接设计ASIC的困难。

基于SoPC的嵌入式系统设计技术

第３８卷第２期２００８年３月 航空计算技术 ＡｅｒｏｎａｕｔｉｃａｌＣｏｍｐｕｔｉｎｇＴｅｃｈｎｉｑｕｅ Ｖ０１．３８Ｎｏ？Ｑ Ｍａｒ．２００８基于ＳｏＰＣ的嵌入式系统设计技术 李键，李鹏，张磊 （中国航空计算技术研究所，陕西西安７１００６８） 摘要：介绍了Ｘｉｌｉｎｘ公司Ｖｉｒｔｅｘ－４ＦＸ系列ＦＰＧＡ的特点，分析了该ＦＰＧＡ内嵌的ＰｏｗｅｒＰＣ４０５处理 器的体系结构及ＣｏｒｅＣｏｎｎｅｅｔ总线的特点。通过多路传输数据总线接口的设计实例，阐述了基于 ＳｏＰＣ（ＳｙｓｔｅｍｏｎＰｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅＣｈｉｐ）的嵌入式系统设计方法。 关键词：片上可编程系统；嵌入式系统 中图分类号：ＴＰ３３６文献标识码：Ａ文章编号：１６７１—６５４Ｘ（２００８）０２—０１２３．０４ 引言 可编程片上系统（ＳｏＰＣ）是在可编程逻辑器件的基础上发展起来的一种灵活、高效的嵌入式系统设计解决方案，系统设计者可以从传统的板级系统设计转换到芯片级系统设计，将系统设计中所需要的各个功能单元以ＩＰ（ＩｎｔｅｌｌｅｃｔｕａｌＰｒｏｐｅｒｔｙ）的形式集成到ＦＰＧＡ中，实现集成度更高的嵌入式系统。 Ｖｉｒｔｅｘ．４系列ＦＰＧＡ是由Ｘｉｌｉｎｘ公司推出的包含多个面向特定领域平台的ＦＰＧＡ产品，各个系列的ＦＰ－ＧＡ通过对嵌入式处理器、高性能ＤＳＰ功能单元、增强时钟管理、存储器、并行和串行Ｉ／Ｏ、混合信号以及其它功能模块等的优化组合使其可以满足特定领域的应用需求。Ｖｉｒｔｅｘ－４系列的三个平台分别是：针对逻辑应用的Ｖｉｒｔｅｘ．４ＬＸ，针对超高性能信号处理的Ｖｉｒｔｅｘ．４Ｓｘ，针对嵌入式处理和高速串行连接的Ｖｉｒｔｅｘ．４ＦＸ。其中Ｖｉｒｔｅｘ．４ＦＸ系列ＦＰＧＡ主要是为复杂系统应用提供优化，特别是网络、存储、电信和嵌入式应用中的高速串行连接和嵌入式处理，在其配套的ＥＤＫ环境中还为系统设计者提供丰富的总线、时钟、外设、ＪＴＡＧ口等ｌＰ资源，使设计者能够方便的搭建自己的嵌入式系统。 １Ｖｉｒｔｅｘ．４ＦＸ系列ＦＰＧＡ介绍 Ｖｉｒｔｅｘ－４ＦＸ系列ＦＰＧＡ芯片内至少包含一个Ｐｏｗ?ｅｒＰＧ４０５处理器核，其功能结构如图１所示，该处理器核为３２位哈佛结构的ＲＩＳＣ硬核，最高工作频率为４００ＭＨｚ。ＰｏｗｅｒＰＣＡ０５处理器包括以下功能单元：（１）５级数据通道流水线，包括取指、译码、执行、写回、装入写回５级流水段；（２）一个虚拟内存管理单元（ＭＭＵ），支持可变页面大小和写保护、控制访问选项；（３）独立的指令Ｃａｃｈｅ和数据Ｃａｃｈｅ；（４）支持调试和跟踪，包含一个ＪＴＡＧ接口；（５）三个可编程计时器。另外，ＰｏｗｅｒＰＣ４０５硬核还具有如下特点：（１）支持硬件乘法和除法；（２）３２个３２位通用寄存器；（３）１６ＫＢ两路组相联方式指令缓存（ｓｅｔ—ａｓｓｏｃｉａｔｉｖｅ）；（４）１６ＫＢ两路组相联方式数据缓存、写回／写直达；（５）实现ＰｏｗｅｒＰＣ用户指令集架构（ＵＩＳＡ）；（６）专用的片上存储器接口（ＯＣＭ）；（７）支持ＩＢＭＣｏｒｅＣｏｎｎｅｃｔ总线架构。 ＣｏｒｅＣｏｎｎｅｃｔ总线架构是由ＩＢＭ开发的一种片上总线通信连接技术。ＣｏｒｅＣｏｎｎｅｃｔ总线包括处理器局部总线（ＰＬＢ）、片上外设总线（ＯＰＢ）和设备控制寄存器总线（ＤＣＲ）。ＰＬＢ总线为主设备和从设备之间提供高带宽、低延迟的连接，ＯＰＢ总线为连接具有不同总线宽度和时序要求的外设提供了一条途径，减少了对ＰＬＢ性能的影响，ＤＣＲ总线用来控制ＰｏｗｅｒＰＣＡ０５处理器中的通用寄存器和设备寄存器之间的数据传输。 ２基于ＳｏＰＣ的嵌入式系统设计技术 ２．１平台技术 在平台的基础上来构建嵌入式系统为设计者提供了极大的便利，Ｘｉｌｉｎｘ推出的嵌入式开发工具包（ＥＤＫ）集成了诸如硬件平台产生器（ｐｌａｔｇｅｎ）、硬件仿真模型产生器（ＳｉｍＧｅｎ）、软件平台产生器（１ｉｂｇｅｎ）、应 收稿日期：２００７—１０—１５修订日期：２００８—０２?２０ 作者简介：李键（１９８２一），男，贵州毕节人，硕士研究生，研究方向为计算机系统结构。　万方数据

基于sopc的LCD1602液晶显示

基于sopc的LCD1602液晶显示 液晶是常用的显示输出设备，种类繁多。我们常用的比较容易的液晶是LCD1602液晶，下文给了一个基于sopc的LCD1602液晶的驱动程序。 SOPC Builder中自带LCD1602液晶软核，设计时可以直接添加，十分方便。 打开Quartus II软件，在sopc builder里建立如下硬件 在nios II软件里写如下程序： #include #include #include #include #include #include #include #define LCD1602 0x9000 alt_u8 lcd_srting1[]="baidu"; alt_u8 lcd_string2[]="2016/4/10"; void check_busy() { alt_u8 status; do { status = IORD_ALTERA_AVALON_LCD_16207_STATUS(LCD1602_BASE); }while(status&0x80); } void lcd_init() { IOWR_ALTERA_AVALON_LCD_16207_COMMAND(LCD1602_BASE,0x38);

check_busy(); IOWR_ALTERA_AVALON_LCD_16207_COMMAND(LCD1602_BASE,0x01); check_busy(); IOWR_ALTERA_AVALON_LCD_16207_COMMAND(LCD1602_BASE,0x06); check_busy(); IOWR_ALTERA_AVALON_LCD_16207_COMMAND(LCD1602_BASE,0x0C); } void lcd_prints(alt_u8 *string) { while(*string !='\0') { check_busy(); IOWR_ALTERA_AVALON_LCD_16207_DATA(LCD1602_BASE,*string); string++; } } void select_xy(alt_u8 x,alt_u8 y) { check_busy(); if(x%2==0) { I OWR_ALTERA_AVALON_LCD_16207_COMMAND(LCD1602_BASE,0x80+y); } else { I OWR_ALTERA_AVALON_LCD_16207_COMMAND(LCD1602_BASE,0xC0+y); } } int main() { lcd_init(); select_xy(0,0); lcd_prints(lcd_string1); select_xy(1,7); lcd_prints(lcd_string2); return 0;

SOPC技术定义

SOPC 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（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。 3）基于HardCopy技术的应用。这种SOPC系统是指将成功实现于FPGA器件上的SOPC系统通过特定的技术直接向ASIC转化。把大容量FPGA的灵活性和AS IC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，避开了直接设计ASIC的困难。 现在市场上Altera公司支持SOPC的FPGA芯片有：

PIO核概述

PIO核概述 1 概述 PIO是具有Avalon接口的并行输入/输出(parallel input/output - PIO)核，在Avalon 存储器映射（Avalon Memory-Mapped Avalon-MM）从端口和通用I/O端口之间提供了一个存储器映射接口。I/O端口既可以连接片上用户逻辑，也可以连接到FPGA与外设连接的I/O引脚。PIO核中断请求（IRQ）输出能够确定一个基于输入信号的中断。PIO是SOPC builder提供的，并且易集成于任何SOPC创建的系统中。PIO核的Avalon-MM接口由一个单个的Avalon-MM从端口组成。从端口有Avalon-MM读写传输的基本功能，Avalon-MM从端口提供IRQ输出，使PIO核能够确定中断。 PIO核提供容易的I/O访问用户逻辑或外部设备，在我们的系统中，它的作用主要有： ●控制LED ●获取开关数据 ●控制显示设备 ●片外设备的配置与通信（利用IIC总线协议，配置CMOS的寄存器） 图1-1系统中用到的PIO核

2 功能描述 每个PIO核可以提供最多32个I/O端口。像微处理器这样的智能主机通过读/写寄存器映射的Avalon-MM接口控制PIO端口。在主机控制下，PIO核捕获输入端口的数据，并驱动数据到输出端口。当PIO端口直接与I/O引脚相连时，主机通过写PIO核中的控制寄存器对I/O引脚进行三态控制。例如图2-1是一个基于处理器系统使用多个PIO核的例子，其中，一个用于控制LED；一个用于捕获来自片上复位请求控制逻辑的边缘；另一个控制片外LCD显示。 在集成到SOPC Builder创建的系统时，PIO核有2种用户可见功能部件。 ●一个存储器映射的寄存器空间有4个寄存器：data、direction、interruptmask 和edgecapture。 ●1~32个I/O端口。 I/O端口既可与FPGA内部逻辑相连接，也可驱动连接到片外设备的I/O引脚。寄存器通过Avalon-MM接口提供到I/O端口的接口。表4-2是这些寄存器的描述。在某些硬件配置中，某些不需要的寄存器不存在，读一个不存在的寄存器返回一个未定义值，而写一个不存在的寄存器无影响。 图2-1 使用多个PIO核的系统实例 2.1 数据输入/输出 PIO核的I/O端口既可以连接片上逻辑也可以连接片外逻辑，PIO核可以配置为输入、输出或双向。若用来控制双向I/O引脚，则PIO核提供具有三态控制的

第一章 数控机床概述.doc

第一章数控机床概述 数控技术是综合应用计算机、自动控制、自动检测及精密机械等高新技术的产物，它已开始在各个领域普及，并且它所带来的巨大效益已引起了世界各国科技与工业届的普遍重视。 20世纪40年代以来，汽车、飞机和导弹制造工业发展迅速，原来的加工设备已无法承担加工航空工业需要的复杂型面零件。数控技术是为了解决复杂型面零件加工的自动化而产生的。1948年，美国帕森斯（Parsons）公司在研制加工直升机叶片轮廓检验用样板的机床时，首先提出了应用电子计算机控制机床加工样板曲线的设想。后来与美国空军签订合同，帕森斯（Parsons）公司与麻省理工学院（MIT）伺服机构研究所合作进行研制成功。1952年试制成功第一台三坐标立式数控铣床。后来，又经过改进并开展自动编程技术的研究，于1955年进入实验阶段，这对加工复杂曲面和促进美国飞机制造业的发展起了重要作用。 1958年我国开始研制数控机床，1975年研制出第一台加工中心。目前，在数控技术领域，我国同先进国家之间还存在不小的差距，但这种差距正在缩小。数控技术的应用也从机床控制拓展到其他控制设备，如数控电火花线切割机床、数控测量机和工业机器人等。 1.1数控机床的产生与发展 科学技术和社会生产的不断发展，对机械产品的性能、质量、生产率和成本提出了越来越高的要求。机械加工工艺过程自动化是实现上述要求的重要技术措施之一。单件、小批生产占机械加工的80%左右，一种适合于产品更新换代快、品种多、质量和生产率高、成本低的自动化生产设备的应用已迫在眉睫。而数控机床则能适应这种要求，满足目前生产需求。 1.1.1数控机床的产生与发展过程 1946年诞生了世界上第一台电子计算机，它为人类进入信息社会奠定了基础。1952年，计算机技术应用到机床上，在美国诞生了第一台数控机床。从此，传统机床产生了质的变化。近半个世纪以来，数控机床经历了两大阶段和六代的发展。 1.数控（NC）阶段（1952年-1970年） 早期计算机的运算速度底,这对当时的科学计算和数据处理影响还不大,但不能适应机床的实施控制要求.人们不得不采用数字逻辑电路制成一台机床专用计算机作为数控系统,这被称为硬件连接数控(HARD-WIRED NC),简称为数控(NC) 。随着元器件的发展,这个阶段经历了三代,即1952年的第一代——电子管数控机床；1959年的第二代——晶体管数控机床；1965年的第三代——集成电路数控机床。 2.计算机数控（CNC）阶段（1970年-现在） 直到1970年,通用小型计算机业出现并成批生产,其运算速度比20世纪五六十年代有了大幅度的提高,这比逻辑电路专用计算机成本低，可靠性高。于是将它移植过来作为数控系统的核心部件，从此进入了计算机数控（CNC）阶段。1971年，美国Intel公司在世界上第一次将计算机的两个核心部件——运算器和控制器，采用大规模集成电路技术集成在一块芯片上，称之为微处理器 （MICRO-PROCESSOR），又称中央处理单元（简称CPU）。1974年，微处理器被应

数控技术教案(全)

第一章绪论 本章重点：1.数控机床概念 2.数控机床采用的新颖机械结构 3.数控机床按检测系统的分类 一般了解：数控机床的组成、数控机床的优缺点、数控机床的发展趋势 一、数字控制：用数字化信号对机床的运动及其加工过程 进行控制的一种控制方法。 数控机床：国际信息处理联盟（IFIP）第五技术委员会，对数控机床作了如下定义：一种装了程序控制系统的机床。该系统能逻辑的处理具有使用号码或其他符号编码指令规定的程序。 二、数控机床的产生与发展： （一）产生： 1、传统的生产方法已满足不了生产需求 1)单件小批量生产——占70%，一般用试切 法，技术水平要求高，劳动强度大，精度 不高，无法实现自动化。如：普通车、铣、

刨、磨床等 2)工艺流水作业——调整法加工，生产率提 高，精度提高，成本低，品种多，采用组 合机床，多机床配合，环节出现问题，生 产停滞。 3)自动机床：用凸轮控制，适于生产简单工 件，且改型困难 2、社会的需求 1)品种多样化 2)零件精度和形状复杂程度不断提高 3)生产品种的频繁换型 3、技术上的可行性 1)电子计算机的发明 2)电子技术的发展 a、现代控制理论的发展 b、各种功能优越件的产生 c、大规模集成电路的出现 3)新颖机械结构的出现

a、滚珠丝杠—代替普通丝杠，动作更灵 活，间隙更小，精度提高 b、滚动导轨—代替滑动导轨，移动灵 活，克服爬行和前冲现象 4)机床动态特性的研究成果 使机床的刚度更好，主轴转速更高，抗振 性提高 由于生产的发展要求出现新的生产工具，而在技术上又已具备了条件，于是在1948年，美国帕森斯公司提出应用计算机控制机床加工的设想，并与麻省理工学院合作进行研制工作。1952年试制成功第一台三坐标立式数控铣床。1958年我国开始研制数控机床。 (二) 发展： 1952——1959年，电子管制成数控机床控制系统 1959——1965年，晶体管制成数控机床控制系统 1965——1970年，小规模集成电路 1970——1974年，大规模集成电路 1974——，微型计算机

SOPC整理

SOPC复习 考试题型：填空：30*1 判断：10*2 名词解释：5*4 问答题：10*3 第一章：概述 1.什么是嵌入式系统？ 嵌入式系统是指嵌入到对象体系中的专用计算机系统，包括硬件和软件两大部分。硬件包括处理器、存储器、输入输出接口和外部设备等，软件包括系统软件和应用软件。 2.实现嵌入式系统目前有几种途径？ 构成SOPC的三种方案：1.基于FPGA嵌入IP硬核的SOPC系统 2.基于FPGA嵌入IP软核的SOPC系统 3.基于HardCopy技术的SOPC系统 3.描述SOPC技术对现代数字系统设计提供什么技术和途径？与上学期学的PLD有什么联系和区别？ 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。 技术：基于PLD可重构SOC的设计技术。 联系与区别：SOPC是PLD与SOC技术融合的结果。PLD不是嵌入式，没有CPU，只能作为硬件系统。 4.SOPC用到的硬件描述语言有哪些？ AHDL、VHDL、Verilog HDL描述语言 5.支持SOPC有哪几种芯片（FPGA）？ Altera支持SOPC的FPGA：Cyclone 系列、Cyclone II 系列、Stratix 系列、Stratix II 系列 6.名词解释。 IC:是半导体元件产品的统称,包括:集成电路、三极管、特殊电子元件。 ASIC：专用IC。是指为特定的用户、某种专门或特别的用途而设计的芯片组 SOC:片上系统。随IC设计与工艺的提高，使原先由许多IC组成的电子系统可集成到一个芯片上，构成SOC。 SOPC:（System On Programmable Chip）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。 EDA：电子设计自动化。 IP：（intellectual Property）是知识产权的简称。基于SOPC的设计在很大程度上依赖于集成电路IP。 1、软核（Soft IP Core）完成行为描述。 2、固核（Firm IP Core）完成结构描述。 3、硬核（Hard IP Core）完成物理描述并通过工艺验证。

智慧树知 到《数控技术概论及加工编程》章节测试答案

智慧树知到《数控技术概论及加工编程》章节测试答案 第一章 1、加工精度高、（）、自动化程度高、劳动强度低、生产效率高等是数控机床的加工特点。 A.加工轮廓简单、生产批量又特别大的零件； B.对加工对象的适应性强； C.装夹困难或必须依靠人工找正、定位才能保证其加工精度的单件零件； D.适于加工余量特别大、材质及余量都不均匀的坯件； 答案: 对加工对象的适应性强； 2、数控机床的组成部分包括输入装置、CNC装置、（）、（）、机械部件。 A.多级齿轮变速系统 B.位置反馈系统 C.PLC装置 D.伺服系统 答案: 位置反馈系统,伺服系统 3、闭环控制系统与半闭环控制系统的区别在于（）。 A.采用的伺服电动机不同 B.采用的传感器不同 C.传感器安装位置不同 D.伺服电动机安装位置不同 答案: 传感器安装位置不同 4、脉冲当量是数控机床数控轴的位移量最小设定单位，脉冲当量的取值越小，插补精度越低。 A.对

B.错 答案: 错 5、计算机数控系统的优点不包括（）。 A.利用软件灵活改变数控系统功能，柔性高； B.充分利用计算机技术及其外围设备增强数控系统功能； C.数控系统功能靠硬件实现，可靠性高； D.系统性能价格比高，经济性好。 答案: 数控系统功能靠硬件实现，可靠性高； 6、数控机床开环控制系统的伺服电动机多采用（）。 A.直流伺服电动机 B.交流伺服电动机 C.交流变频调速电动机 D.功率步进电动机 答案: 功率步进电动机 7、采用开环进给伺服系统的机床上，通常不安装（）。 A.伺服系统 B.制动器 C.数控系统 D.位置检测器件 答案: 位置检测器件 8、数控系统按照一定的计算方法，将脉冲分配给各个坐标轴，完成规定运动轨迹的过程称为插补。

SOPC技术现状前景及理解

宁波工程学院 实验题目SOPC技术现状前景及理解学院名称：电子与信息工程学院 专业：电信102 嵌入式方向学生姓名：石子良10401180227 指导教师：郑德春

SOPC(System On Programmable Chip)即可编程的片上系统，或者说是基于大规模FPGA的单片系统。SOPC的设计技术是现代计算机辅助设计技术、EDA技术和大规模集成电路技术高度发展的产物。SOPC技术是将尽可能大而完整的电子系统，包括嵌入式处理器系统、接口系统、硬件协处理器或加速系统、DSP系统、数字通信系统、存储电路以及普通数字系统等，在单一FPGA中嵌入实现。大量采用IP复用、软硬件协同设计、自顶向下和自底向上混合设计的方法，边设计、边调试、边验证……原本需要写上几千行的VHDL代码的功能模块，通过嵌入IP核后，只需几十行C代码即可实现。因此，可以使得整个设计在规模、可靠性、体积、功耗、功能、性能指标、上市周期、开发成本、产品维护及其硬件升级等多方面实现最优化。 传统的设计技术已经很难满足系统化、网络化、高速度、低功耗、多媒体等实际需求，SOPC（片上可编程系统）可将处理器、存储器、外设接口和多层次用户电路等系统设计需要的功能模块集成到一块芯片上，因其灵活、高效、设计可重用特性，已经成为集成电路未来的发展方向，广泛应用到汽车、军事、航空航天、广播、测试和测量、消费类电子、无线通信、医疗、有线通信等领域。 SOPC技术是一门全新的综合性电子设计技术，涉及面广。因此在知识构成上对于新时代嵌入式创新人才有更高的要求，除了必须了解基本的EDA软件、硬件描述语言和FPGA器件相关知识外，还必须熟悉计算机组成与接口、汇编语言或C语言、DSP算法、数字通信、嵌入式系统开发、片上系统构建与测试等知识。显然，知识面的拓宽必然推动电子信息及工程类各学科分支与相应的课程类别间的融合，而这种融合必将有助于学生的设计理念的培养和创新思维的升华。 SOPC 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等系统需要的功能模块集成到一个PLD器件上，构成一个可编程的片上系统。它是PLD与SOC技术融合的结果。由于它是可编程系统，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。这种基于PLD 可重构 SoC的设计技术不仅保持了SoC以系统为中心、基于IP模块多层次、高度复用的特点,而且具有设计周期短、风险投资小和设计成本低的优势。相对ASIC 定制技术来说 , FPGA是一种通用器件, 通过设计软件的综合、分析、裁减，可灵活地重构所需要的嵌入式系统。 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ChipScopeILA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：NIOSII核等。用户可以根据设计的要求，利用相应的EDA工具，对

SOPC技术在图像处理中的应用与展望_崔明

SOPC技术在图像处理中的应用与展望 崔　明,莫立东,王　滨,张文明 (沈阳大学机械工程学院,辽宁沈阳110044) 摘　要:SOPC技术在硬件上对图像进行实时处理是图像处理技术新的发展方向,FPGA是运用SOPC技术进行图像处理的核心器件,本文介绍了SOPC技术及常用图像处理算法的原理和特点,将传统DSP图像处理技术与嵌入NiosII软核处理器的FPGA芯片实现图像处理技术进行了比较,得出运用FP-GA能够提高图像处理的速度和工作频率,并对SOPC技术在图像处理中的应用现状进行了分析,指出应用SOPC技术进行图像实时处理和解决当前图像处理领域存在的问题有着重要意义,SOPC技术将引领图像处理技术向更高、更广泛的方向发展。 关键词:SOPC技术;图像处理;FPGA;DSP;NiosII软核处理器 中图分类号:TP317.4 文献标志码:A The Application and Prospects of S OPC Technology in Image-processing CU I M ing,M O Lido ng,W A NG Bin,Z H AN G Wenming (College o f M echanical Enginee ring,She ny ang U niver sity,Shenyang110044,China) A bstract:T he realtime image pro cessing by SO PC technolog y on the hardwa re is the new direction o f the image-pro cess-ing techno log y,and F PGA is the core device of the image-pro cessing based o n SO PC techno lo gy.T his paper intro duces the principles and cha racteristics of SO PC technolog y and co mmonly image-processing alg o rithm.By co mpa ring the traditio nal DSP image-processing techno log y w ith FPG A chip image-pr ocessing technology embedding w ith the N io sII so ft-core pro ces-so r,w e can g et a conclusion that the usage o f the SO PC techno log y can increase the speed and w o rking fr eque ncy o f imag e-processing.T he applica tion status of SO PC techno log y used in imag e-processing is analyzed.It is prov ed that the application of SO PC technolog y is of g reat sig nificance on realtime imag e pro cessing and so lving the cur rent pro blems in the imag e-pr o-cessing area.Finally,the SOP C technology will lead imag e-processing to a higher and br oade r zo ne. Key words:SO PC techno lo gy,Imag e-pr ocessing,F PG A,DSP,NiosII sof t-co re processor 图像处理通常是由软件来完成的,但是随着新技术的发展,使用SOPC技术在硬件上对实时图像进行处理,将图像处理算法固化在FPGA芯片上,并在其中嵌入NiosII软核处理器,可以加快图像处理的速度,满足图像实时处理的需要。FPGA就是硬件处理实时图像数据的理想选择,基于FPGA的图像处理专用芯片的研究将成为信息产业的新热点。使用FPGA硬件处理图像数据不仅能够获得很好的处理效果,达到较高的工作频率,处理速度也远远高于软件处理图像法,可满足实时图像处理的要求。通常图像处理系统由图像采集模块、图像处理模块和图像显示模块组成,整个系统要完成的功能,既有大运算量的算法运算工作,又有运算和控制较复杂外部接口的通信和图像高级处理等,这就要求系统设计要合理地划分,充分发挥硬件处理的快速和软件控制灵活的特点。SOPC技术支持软硬件协同设计,所以,对于人机接口、系统管理及常规操作等适合用软件实现,对于图像数据的处理、简单而数量巨大的运算等适合用硬件来实现。图像处理系统的功能划分为:视频采集控制、图像预处理由硬件FPGA电路模块实现;视频显示控制由NiosII软核CPU来实现;更高级、复杂的图像处理由NiosII软核CPU结合定制指令和外围电路等方法来实现,以提高图像处理系统的处理速度。 1　SOPC技术概述 SOPC(Sy stem on a Prog rammable Chip)是一种灵活、高效的SOC技术与电子设计自动化技术(EDA)相结合的一种全新的嵌入式系统设计技术。它具有双重含义:首先它是片上系统(SOC),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,并且可进行软硬件协同设计。SOPC技术可将信号采集、转换、处理、存储、I/O接口等功能都集成在1个芯片上,运用该技术在FPGA芯片上配置Nio sII软核处理器和相关的接口模块来实现系统的主要硬件电路。FPGA是运用SOPC技术进行图像处理的核心器件,许多外围功能器件的接口都不需要单独的接口芯片来完成,用FPGA就可以实现。Nio sII处理器是A ltera公司第2代用户可配置的通用32位RISC软核微处理器,是A ltera公司特有的基于通用FPGA架构的CPU内核,Nio sII的价 · 34 ·《新技术新工艺》·数字技术与机械加工工艺装备　2009年　第6期