Altera Nios嵌入式微处理器系统设计全解析
1. 引言
Altera的Nios嵌入式微处理器自2000年秋季推出以来,为软核嵌入式处理器设定了标准。它是一款可配置的通用RISC处理器,能轻松与用户逻辑集成,并可被编程到任何具有足够逻辑资源的Altera FPGA中。
最初的Nios处理器采用双地址(RA ← RB □ RB)流水线RISC架构,指令为16位,数据路径可由用户选择16位或32位。它最多有512个寄存器,程序员一次可见32个寄存器的滑动窗口。该处理器附带一个SOPC库,包含许多可配置的标准软外设,适用于各种应用。Altera的Nios开发系统取得巨大成功的一个主要原因是,在GUI中进行IP块参数化时,除了生成功能齐全的微处理器外,还会同时生成包括基于GCC的C/C++编译器在内的所有必要软件工具。在推出后的前3年里,Nios售出了超过10000套系统,客户超过3000家。最初,SOPC构建器生成Nios处理器及其外设的(未加密)VHDL或Verilog源代码,这在如今的IP块中是非常罕见的。
2004年推出的第二代处理器Nios II更符合其他标准32位处理器的规格。寄存器数量固定为32个,指令和数据长度均为32位,采用三地址(rC ← rA □ rB)架构,且所有文件均已加密。Nios II有三种版本:经济型(/e)、标准型(/s)和快速型(/f)。所有Nios II都包含以下组件:
- 32 × 32寄存器文件
- 算术逻辑单元(ALU)
- 自定义指令逻辑接口
- 异常控制器
- 内部中断控制器
- 内存管理单元(MMU)
- 指令和数据的紧密耦合内存接口
此外,还
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