NiosII系统高级开发技术.ppt

第8章NiosII系统高级开发技术,本章是有关SOPC的深入设计，C2H、定制用户逻辑外设和定制用户指令是使用NiosII嵌入式软核处理器的SOPC系统的重要特性，用户还可以通过C2H、定制用户逻辑外设和定制用户指令来实现各种应用要求。,主要内容,第8章目录,8.1定制NiosII用户指令8.2定制基于Avalon的用户外设8.3C2H编译器的使用,8.1.1用户定制指令对时间要求严格的算法可定制指令，提高性能(如:FFT)可扩展CPU指令集。软件中比较费时间的运算(比如浮点乘除法,循环迭代等)，通过定制指令由硬件来实现，加速运算速度。,扩展接口用户指令的结构框图,8.1定制NiosII用户指令,8.1.2定制指令体系结构的类型1.组合逻辑；2.多周期；3.扩展的：4.内部寄存器文件；5.外部接口；,8.1定制NiosII用户指令,8.1.2定制指令体系结构的类型,多周期指令结构框图,组合逻辑指令结构框图,8.1定制NiosII用户指令,扩展指令结构框图,带内部寄存器的乘加指令结构框图,8.1.2定制指令体系结构的类型,8.1定制NiosII用户指令,扩展接口用户指令的结构框图,8.1.2定制指令体系结构的类型,8.1定制NiosII用户指令,8.1.3定制指令实现方式定制指令支持多种设计文件，包括：VerilogHDL,VHDL,EDIFnetlistfile,QuartusIIBlockDesignFile(.bdf),和VerilogQuartusMappingFile(.vqm)。具体实现方法有：1导入HDL文件实现定制指令；2通过DSPBuilder实现定制指令加速模块；3直接使用SOPCBuilder中自带的定制指令。,8.1定制NiosII用户指令,定制指令设计示例在定制指令前，首先要正确的实现硬件逻辑功能，包括编写HDL文件和验证用户逻辑。1.编写HDL文件D:altera80nios2edsexamplesverilogcustom_instruction_templates2.验证用户逻辑功能3.在SOPCBuilder中添加HDL文件,intmain(void)_attribute_(weak,alias(alt_main);#pragmano_custom_fmuls#pragmano_custom_fadds#pragmano_custom_fsubs#pragmano_custom_fdivsvoiddelay(void)floata,b,z;alt_u32i;a=2008.620;b=123.45678;z=0;for(i=0;i5000;i+)z+=a*146.134761f/b;a+;return;,8.3NiosIIC语言至硬件加速编译器(C2H)简介,NIOSIIC-to-Hardware（C2H）加速编译器使得用户可以直接从ANSIC源代码创建定制外设加速器。硬件加速器是在硬件中实现C函数的逻辑模块，通常可以将执行效率提高到一个数量级。使用C2H编译器，用户可以在以NIOSII处理器为目标处理器的C程序中开发和调试一个算法，然后将C代码转化成在FPGA中实现的硬件加速器。,类似CPU+GPU。专用硬件加速器，作为FPGA的定制协处理器，协助CPU同时处理多个数据。SOPCBuilder含有一个向导，将加速逻辑和DMA通道引入系统。,C2H的特点1.简单和易于使用2.快速的反复设计以找到最优的软硬件分配比例3.加速对性能影响大的代码4.C2H编译器工作在函数级5.从C语法到硬件结构的一对一映射6.性能依赖存储器访问时间,8.3NiosIIC语言至硬件加速编译器(C2H)简介,适合C2H的C代码包含相对小而简单的循环或是包含嵌套的循环；对一组数据反复操作；不适合C2H的C代码不能形成一个循环的代码；包含C2H编译器不支持的语法，如浮点运算和递归函数,8.3NiosIIC语言至硬件加速编译器(C2H)简介,8.3NiosIIC语言至硬件加速编译器(C2H)简介,C2H是能够提升对时间性能要求较高的ANSIC函数的工具，它将这些函数转换为FPGA中的硬件加速器。C2H支持标准ANSIC代码，可加速实现多种应用程序，提高其运行效率，包括访问片内、外部存储器和外设等。C2H帮助NiosII用户以最少的资源占用来达到提高系统性能的目的。NiosIIC2H编译器设计流程非常简单，编写好应用程序后，用户需要做的工作首先是分析软件代码，确定出现性能瓶颈的函数，然后在NiosIIIDE中高亮显示所需的函数，右键单击加速便可以生成自动链接至软件流程的硬件加速器。,intmain(void)_attribute_(weak,alias(alt_main);voiddelay(void)alt_u32i=0,j=0;while(i【SOPCBuilder】打开SOPCBuilder。,8.2定制基于Avalon的用户外设,4在SOPCBuilder中，点击CreatNewComponent或选择【File】【NewComponent】打开创建新元件向导,定制元件的介绍,8.2定制基于Avalon的用户外设,5选择HDLFiles选项卡，点击按钮打开添加文件窗口，将路径指向PWM设计文件所在的目录，如图8.5所示。逐一添加各文件，或按住键盘上的Ctrl键同时选中3个文件，然后按一次完成添加。,添加硬件描述文件,8.2定制基于Avalon的用户外设,6添加完硬件文件后，HDLFiles栏中可看到刚添加的3个文件。,添加完硬件文件后的窗口,8.2定制基于Avalon的用户外设,7.选择Signals选项卡，进行信号的设置。8.选择Interfaces选项卡，修改AvalonSlave的名称为control_slave.9.选择SWFiles选项卡打开添加文件对话框，将路径指向软件文件所在的文件夹。10.选择ComponentWizard选项卡。11.可以单击PreviewtheWizard按钮进行预览。12.关闭预览窗口，单击Finish按钮，弹出一个消息框，告诉设计者元件存放的路径，创建了哪些文件等。13、在SOPCBuilder中左边的可用元件列表中，将产生一个UserLogic的新组，在下面出现刚才创建的元件pwm_avalon_interface。,8.2定制基于Avalon的用户外设,使用并验证新创建的PWM元件,设置信号,创建测试PWM的工程,8.2定制基于Avalon的用户外设,手工修改创建的元件例如修改读写