基于NIOS-II的流水灯

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#fpga开发 #嵌入式硬件

一、NIOS-Ⅱ简介

2004年，Altera 正式推出了Nios II 系列32位RISC嵌入式处理器：Nios
II系列软核处理器是Altera的第二代FPGA嵌入式处理器，其性能超过200DMIPS，在Altera
FPGA中实现仅需35美分。Altera的Stratix 、Stratix GX、 Stratix II和
Cyclone系列FPGA全面支持Nios II处理器，以后推出的FPGA器件也将支持Nios II。

Nios Ⅱ系列包括3种产品，分别是：
Nios Ⅱ/f（快速）——最高的系统性能，中等FPGA使用量；
NiosⅡ/s（标准）——高性能，低FPGA使用量；
Nios Ⅱ/e（经济）——低性能，最低的FPGA使用量。
这3种产品具有32位处理器的基本结构单元——32位指令大小，32位数据和地址路径，32位通用寄存器和32个外部中断源；使用同样的指令集架构（ISA），100%二进制代码兼容，设计者可以根据系统需求的变化更改CPU，选择满足性能和成本的最佳方案，而不会影响已有的软件投入。

特别的，Nios Ⅱ系列支持使用专用指令。专用指令是用户增加的硬件模块，它增加了算术逻辑单元（ALU）。用户能为系统中使用的每个NiosⅡ处理器创建多达256个专用指令，这使得设计者能够细致地调整系统硬件以满足性能目标。专用指令逻辑和本身NiosⅡ指令相同，能够从多达两个源寄存器取值，可选择将结果写回目标寄存器。同时，NiosⅡ系列支持60多个外设选项，开发者能够选择合适的外设，获得最合适的处理器、外设和接口组合，而不必支付根本不使用的硅片功能。
——摘自百度百科

本次实验需要在FPGA上通过Nios Ⅱ软核完成流水灯控制，由于控制 LED 灯闪烁的用户程序代码很小，可将其固化在片内 ROM 来执行。变量、堆栈等空间使用片内 RAM，不使用任何片外存储器。整个系统的框图如图 1.1 所示。
从图 1.1 控制 LED 闪烁的系统框图可知，其它逻辑与 Nios II 系统一样可存在于 FPGA中。Nios II 系统可与其它片内逻辑相互作用，取决于整个系统的需要。为了简单起见，本实验在 FPGA 内不包括其它逻辑。

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