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1、Sopc技术与应用裴世图学号：SC13038070SOPC它是用可编程逻辑技术把整个系统放到一块硅片上,来用于嵌入式系统的研究和电子信息处理.SOPC是一种特殊的嵌入式系统,它是片上系统（SOC），即由单个芯片完成整个系统的主要逻辑功能但它不是简单的SOC,它也是可编程系统，具有灵活的设计方式，可裁减、可扩充、可升级，并具备软硬件在系统可编程的功能。SOPC的特点 SOPC前提是SOC系统,所以SOPC继承着了SOC的各种特点,而且SOPC兼具这PLD和FPGA的优点，一般概括其特点为:（1）至少包含一个嵌入式处理器内核（2）具有小容量片内高速RAM资源；（3）丰富的IPCore资源可供选择；
2、（4）足够的片上可编程逻辑资源；（5）处理器调试接口和FPGA编程接口；（6）可能包含部分可编程模拟电路；（7）单芯片、低功耗、微封装。SOPC的技术内容: SOPC设计技术涵盖了嵌入式系统设计技术的全部内容，除了以处理器和实时多任务操作系统（RTOS）为中心的软件设计技术、以PCB和信号完整性分析为基础的高速电路设计技术以外，SOPC还涉及目前以引起普遍关注的软硬件协同设计技术。由于SOPC的主要逻辑设计是在可编程逻辑器件内部进行，而BGA封装已被广泛应用在微封装领域中，传统的调试设备已很难进行直接测试分析，因此，必将对以仿真技术为基础的软硬件协同设计技术提出更高的要求。同时，新的调试技术
3、也已不断涌现出来，如Xilinx公司的片内逻辑分析ChipScopeILA就是一种价廉物美的片内实时调试工具。SOPC技术主要应用以下三个方向：（1）基于FPGA嵌入IP硬核的应用。这种SOPC系统是指在FPGA中预先植入处理器。这使得FPGA灵活的硬件设计与处理器的强大软件功能有机地结合在一起，高效地实现SOPC系统。（2）基于FPGA嵌入IP软核的应用。这种SOPC系统是指在FPGA中植入软核处理器，如：NIOSII核等。用户可以根据设计的要求，利用相应的EDA工具，对NIOSII及其外围设备进行构建，使该嵌入式系统在硬件结构、功能特点、资源占用等方面全面满足用户系统设计的要求。（3）基于
4、HardCopy技术的应用。这种SOPC系统是指将成功实现于FPGA器件上的SOPC系统通过特定的技术直接向ASIC转化。把大容量FPGA的灵活性和ASIC的市场优势结合起来，实现对于有较大批量要求并对成本敏感的电子产品，避开了直接设计ASIC的困难。基于SOPC技术的嵌入式以太网网络终端基于SOPC技术的嵌入式以太网网络终端的硬件和固件部分由带Nios软核CPU的FPGA芯片、外部数据存储器FlashRAM和SDRAM、带AD和DA变换电路的模拟信号处理模块、RS-232串行通信电路、以太网网络模块及RJ45接口、JTAG接口电路等组成,见图1。此外还有电源电路及配置电路等,从略。图1 网络
5、终端电路模块示意图 在图1中,FPGA芯片选用Altera公司的Cyclone系列芯片EP1C6Q240C8,该芯片采用0.13μm的全铜1.5VSRAM工艺制作,具有5980个逻辑单元（LE）,92160个RAM比特,两个数字锁相环（PLL）,240引脚PQFP封装。 程序存储器选用AMD公司的FlashRAM芯片AM29LV017D,存储容量2MByte,擦写次数可达100万次。数据存储器选用Micron公司的SDRAM芯片MT48LC4M32B2,存储容量16MByte,访问速度5.5ns。使用较大容量的数据存储器主要是为今后试验运行各种不同的嵌入式操作系统预留空间。 以太网接口芯
6、片采用CS8900A。该芯片是CirrusLogic公司生产的一种局域网信号处理芯片,内部集成了片上RAM,其模拟前端包括了曼切斯特编解码器、时钟恢复电路、10BASE-T收发器和滤波器及一个AUI口。CS8900A的MAC（媒体访问控制）引擎负责以太网数据帧的发送和接收,检测和处理冲突,生成和检测帧引导头（Preamble）,自动生成和校验CRC（循环冗余校验）码。芯片在网络物理层符合IEEE802.3以太网标准,支持全双工操作。 A/D和D/A变换器采用ADI公司的AD73311L芯片。AD73311L具有一个16bit的AD转换通道和一个16bit的D/A转换通道,A/D和D/A转换通
7、道的增益可分别在38dB和21dB范围内编程控制,每一个通道都在声音频带范围内提供70dB的信噪比。采样频率为8kHz～64kHz,可编程控制,采样字长为16位。选用AD73311L是因为该芯片不但可应用于一般模拟信号的A/D和D/A变换,而且能够满足语音信号的前端处理要求,便于今后试验VoIP功能。 JTAG接口用于从PC机向FPGA芯片下载配置文件以及调试系统,串口用于连接PC机进行系统的软
