基于fpga 的嵌入式系统设计new

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1、基于FPGA的嵌入式系统设计DesignofEmbeddedSystemBasedonFPGA(长江大学计算机科学学院)林华LinHua摘要：提出了一种基于FPGA及MicroC/OS的嵌入式系统设计的新方法；从系统硬件平台设计与实现、系统软件配置、实时操作系统MicroC/OS-II的设计应用三方面详细介绍了整个系统平台的设计实现过程，并给出了验证结果。关键字：FPGA；NIOSII；MicroC/OS；嵌入式系统中图分类号:TP文献标识码:AAbstract：Thispaperproposesanewmethodforembeddedsy

2、stemdesigning，basedonFPGAandMicroC/OS．Thispaperintroducethedesignandrealizationcourseofthewholesystemflatindetailsfromthehardwaredesign，thesoftwaredesignandthedesignofMicroC/OS-II.theexperimentresultisgiven.Keywords:FPGA；NIOSII；MicroC/OS；Embeddedsystem1前言近年来，随着嵌入式核心芯片的飞速发展，

3、改变了传统嵌入式系统的设计方法，嵌入式系统逐渐由板级向芯片级过渡，即片上系统——SOC。片上系统是追求产品系统最大包容的集成器件，是当前嵌入式应用领域的技术热点。SOC的出现使集成电路发展成为集成系统，整个电子整机的功能可以集成到一块芯片中，降低了设计成本，缩短了开发周期。因此，本文设计了一个基于FPGA的嵌入式系统，既能满足嵌入式系统教学实验的需要，同时也可作为嵌入式产品开发平台。2系统硬件设计本系统要实现的功能包括：可以运行嵌入式操作系统；支持NIOSII开发；支持USB通讯；支持RS-232串口通讯；支持以太网通讯；支持JTAG接口在线

4、调试与下载。2.1系统硬件框图针对所需的功能，设计出系统的相应硬件平台，硬件平台主要是由嵌入式处理器模块、存储器模块、包括以太网接口、USB接口和电源等外部接口电路模块组成。系统硬件结构框图如图1所示。基金项目：湖北省教育厅（A类）重点项目,项目编号：D200712001.长江大学科研发展基金资助团队1图1系统硬件结构图2.2嵌入式处理器模块嵌入式处理器是整个系统的控制管理中心，主要功能是实现整个系统的控制和任务调试管理。在本系统中嵌入式处理器采用ALTERA公司的Cyclone系列的EP1C12Q240C8芯片，其采用QFP封装，拥有120

5、60个逻辑单元(LE)、52个M4K存储块、全部RAM位数为239616、两个锁相环，以及249个可用的I/O脚，其配置存储器采用EPCS1，编译后系统速度可以达到100MHz，支持ALTERA公司的SOPC内核NIOSII系统的开发，NIOSII开发环境编译后的可执行文件可以通过JTAG接口下载到开发板上的FLASH中去,可以支持一些嵌入式操作系统，比如MicroC/OS操作系统和µClinux操作系统。2.3存储器模块2.3.1专用串行配置器件EPCS1接口电路EPCS系列器件是Altera公司提供的一种基于FLASH存储器的专用串行配置

6、器件，其具有串行接口，接口只需要四个引脚,能够存储StratixII系列、Cyclone系列的FPGA的配置信息，并在系统上电或者需要重新配置FPGA时，向FPGA发送配置信息。本系统用的串行配置器件EPCS1大小为1M字节,反复擦写次数可多达十万,可以轻松实现掉电保护2.3.2Flash存储器接口电路Flash存储器具有低功耗、大容量、擦写速度快、可整片或分扇区在系统编程（烧写）、擦除等特点，因而在各种嵌入式系统中得到了广泛的应用。系统中用了一片AMD29LV320DFLASH存储器，其单片存储容量为32M位（4M字节），工作电压为2.7V

7、~3.6V，16位数据宽度。AMD29LV320D仅需3V电压即可完成在系统的编程与2擦除操作，通过对其内部的命令寄存器写入标准的命令序列，可对Flash进行编程（烧写）、整片擦除、按扇区擦除以及其他操作。Flash存储器在系统中通常用于存放程序代码，系统上电或复位后从此获取指令并开始执行，由于，在进行系统整体设计时，可以通过使用QuartusII对引脚进行配置，所以对于AMD29LV320DFLASH的三个功能引脚nCE、nOE、nWE，可以各接一个EP1C12Q240C8的通用I/O脚即可。2.3.3SDRAM存储器接口电路与Flash存

8、储器相比较，SDRAM不具有掉电保持数据的特性，但其存取速度大大高于Flash存储器，且具有读/写的属性，因此，SDRAM在系统中主要用作程序的运行空间、数据及堆栈