前不久，Altera 正式推出了Nios II系列32位RSIC嵌入式處理器。Nios II系列軟核處理器是Altera的第二代FPGA嵌入式處理器，其性能超過(guò)200DMIPS，在Altera FPGA中實(shí)現(xiàn)僅需35美分。Altera的Stratix 、Stratix GX、 Stratix II和 Cyclone系列FPGA全面支持Nios II處理器，以后推出的FPGA器件也將支持Nios II。自Altera于2000年推出第一代16位Nios處理器以來(lái)，已經(jīng)交付了13000多套Nios開(kāi)發(fā)套件，Nios成為最流行的軟核處理器。剛推出的Nios II系列采用全新的架構(gòu)，比第一代Nios具有更高水平的效率和性能。和第一代相比，Nios II核平均占用不到50%的FPGA資源，而計(jì)算性能增長(zhǎng)了1倍。Nios II系列包括3種產(chǎn)品，分別是：Nios II/f(快速)

——最高的系統(tǒng)性能，中等FPGA使用量;Nios II/s(標(biāo)準(zhǔn))——高性能，低FPGA使用量;Nios II/e(經(jīng)濟(jì))

——低性能，最低的FPGA使用量。這3種產(chǎn)品具有32位處理器的基本結(jié)構(gòu)單元

——32位指令大小，32位數(shù)據(jù)和地址路徑，32位通用寄存器和32個(gè)外部中斷源;使用同樣的指令集架構(gòu)(ISA)，100%二進(jìn)制代碼兼容，設(shè)計(jì)者可以根據(jù)系統(tǒng)需求的變化更改CPU，選擇滿(mǎn)足性能和成本的最佳方案，而不會(huì)影響已有的軟件投入。特別是，Nios II系列支持使用專(zhuān)用指令。專(zhuān)用指令是用戶(hù)增加的硬件模塊，它增加了算術(shù)邏輯單元(ALU)。用戶(hù)能為系統(tǒng)中使用的每個(gè)Nios II處理器創(chuàng)建多達(dá)256個(gè)專(zhuān)用指令，這使得設(shè)計(jì)者能夠細(xì)致地調(diào)整系統(tǒng)硬件以滿(mǎn)足性能目標(biāo)。專(zhuān)用指令邏輯和本身Nios II指令相同，能夠從多達(dá)兩個(gè)源寄存器取值，可選擇將結(jié)果寫(xiě)回目標(biāo)寄存器。同時(shí)，Nios II系列支持60多個(gè)外設(shè)選項(xiàng)，開(kāi)發(fā)者能夠選擇合適的外設(shè)，獲得最合適的處理器、外設(shè)和接口組合，而不必支付根本不使用的硅片功能。Nios II系列能夠滿(mǎn)足任何應(yīng)用32位嵌入式微處理器的需要，客戶(hù)可以將第一代Nios處理器設(shè)計(jì)移植到某種Nios II處理器上，Altera將長(zhǎng)期支持現(xiàn)有FPGA系列上的第一代Nios處理器。另外，Altera提供了一鍵式移植選項(xiàng)，可以升級(jí)至Nios II系列。Nios II處理器也能夠在HardCopy器件中實(shí)現(xiàn)，Altera還為基于Nios II處理器的系統(tǒng)提供ASIC的移植方式。Nios II處理器具有完善的軟件開(kāi)發(fā)套件，包括編譯器、集成開(kāi)發(fā)環(huán)境(IDE)、JTAG調(diào)試器、實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)(RTOS)和TCP/IP協(xié)議棧。設(shè)計(jì)者能夠用Altera Quartus II開(kāi)發(fā)軟件中的SOPC Builder系統(tǒng)開(kāi)發(fā)工具很容易地創(chuàng)建專(zhuān)用的處理器系統(tǒng)，并能夠根據(jù)系統(tǒng)的需求添加Nios II處理器核的數(shù)量。使用Nios II軟件開(kāi)發(fā)工具能夠?yàn)镹ios II系統(tǒng)構(gòu)建軟件，即一鍵式自動(dòng)生成適用于系統(tǒng)硬件的專(zhuān)用C/C++運(yùn)行環(huán)境。Nios II集成開(kāi)發(fā)環(huán)境(IDE)提供了許多軟件模板，簡(jiǎn)化了項(xiàng)目設(shè)置。此外，Nios II開(kāi)發(fā)套件包括兩個(gè)第三方實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)(RTOS)

——MicroC/OS-II(Micrium)，Nucleus Plus(ATI/Mentor)以及供網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用使用的TCP/IP協(xié)議棧。長(zhǎng)期以來(lái)，Altera一直推行嵌入式處理器戰(zhàn)略的原因是，隨著應(yīng)用的ASIC開(kāi)發(fā)日益受到成本的困擾，OEM日漸轉(zhuǎn)向FPGA來(lái)構(gòu)建自己的系統(tǒng)。這些系統(tǒng)中絕大多數(shù)需要一個(gè)處理器，而Altera正是為設(shè)計(jì)者提供了為FPGA優(yōu)化的靈活的嵌入式處理器方案，可以滿(mǎn)足16位和32位嵌入式處理器市場(chǎng)的需求。估計(jì)到2007年，該市場(chǎng)價(jià)值將到達(dá)110億美元。在FPGA中使用軟核處理器比硬核的優(yōu)勢(shì)在于，硬核實(shí)現(xiàn)沒(méi)有靈活性，通常無(wú)法使用最新的技術(shù)。隨著系統(tǒng)日益先進(jìn)，基于標(biāo)準(zhǔn)處理器的方案會(huì)被淘汰，而基于Nios II處理器的方案是基于HDL源碼構(gòu)建的，能夠修改以滿(mǎn)足新的系統(tǒng)需求，避免了被淘汰的命運(yùn)。將處理器實(shí)現(xiàn)為HDL的IP核，開(kāi)發(fā)者能夠完全定制CPU和外設(shè)，獲得恰好滿(mǎn)足需求的處理器。

嵌入式處理器Nios®II系列為Altera® FPGA和可編程片上系統(tǒng)(SOPC)的集成應(yīng)用專(zhuān)門(mén)做了優(yōu)化。表1詳細(xì)描述了Nios II軟核嵌入式處理器系列的特性。

硬件開(kāi)發(fā)工具 本頁(yè)面詳列了搭建Nios II處理器硬件系統(tǒng)所用到的開(kāi)發(fā)工具。軟件開(kāi)發(fā)工具 本頁(yè)面提供了Nios II集成開(kāi)發(fā)環(huán)境(IDE)的相關(guān)信息，這是一種開(kāi)發(fā)人員廣泛應(yīng)用的，包含編輯、編譯和調(diào)試應(yīng)用軟件等功能的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境。開(kāi)發(fā)套件 Altera及其合作伙伴提供了大量應(yīng)用了NiosII系列嵌入式處理器的開(kāi)發(fā)板套件。系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)流程 Altera的SOPC Builder工具提供了快速搭建SOPC系統(tǒng)的能力，這種架構(gòu)可以是包含一個(gè)或幾個(gè)CPU，提供存儲(chǔ)器接口，外圍設(shè)備和系統(tǒng)互連邏輯的復(fù)雜系統(tǒng)。