单片DSP处理器功能系统的SOPC技术设计

　　结合Altera公司推出的Nios II嵌入式软核处理器，提出一种具有常规DSP处理器功能的NiosII系统SOPC解决方案;利用NiosII可自定叉指令的特点。

　　通过Matlab和DSP Builder或直接用VHDL设计并生成复数乘法器、整数乘法器和浮点乘法器等硬件模块，将它们定制为相应的指令，从而将软件的灵活性和硬件的高速性结合起来，较好地解决了传统DSP处理器所面临的速度问题、硬件结构不可重构性问题、开发升级周期长和不可移植性等问题。

　　随着微电子技术和计算机工具软件的发展，可编程片上系统SOPC的设计理念和设计方法成为了一种趋势。为了解决传统DSP处理器所面临的速度问题、硬件结构不可重构性问题、开发升级周期长和不可移植性等问题，我们应用Altera公司推出的Nios II嵌入式软核处理器，提出了一种具有常规DSP处理器功能的Nios II系统SOPC解决方案。

　　由于可编辑的Nios II核含有许多可配置的接口模块核，因此用户可根据设计要求，利用Quar-tusII和SOPC Builder对NiosII及其外围系统进行构建。而且用户可通过Matlab和DSP Builder，或直接用VHDL等硬件描述语言设计，为Nios II嵌入式处理器设计各类硬件模块，并以指令的形式加入Nios II的指令系统，从而成为Nios II系统的一个接口设备，与整个片内嵌入式系统融为一体，而不是直接下载到FPGA中生成庞大的硬件系统。正是Nios II所具有的这些重要特点，使得可重构单片DSP处理器功能系统的设计成为可能。

　　1 系统结构

　　本系统为单片DSP可重构系统，能实现数字信号处理方面各种功能。其中，Nios II软核处理器的建立，主要起人机交互和控制作用。FPGA的逻辑模块从Nios II处理器接收控制信号和数据后，实现相应的硬件功能。系统结构框图如图l所示。除了软核处理器Nios II外，存储器和I/O接口以及FIR数字滤波器、IIR数字滤波器和DDS等应用模块均可作为外设嵌入在FPGA中。这样，整个DSP的数字信号处理部分全部集成在FPGA器件中，各模块均受Nios II处理器的控制。Nios II处理器系统中有Avalon总线，它规定了控制器与从属模块间的端口连接以及模块阃通信的时序。数字频率合成器DDS通过Avalon总线与Nios II处理器相连，能很方便地完成控制及数据传送。

　　本系统的FPGA采用Cyclone EPICl2，它有12 060个逻辑单元(LE)和2个锁相环(PLLs)，提供6个输出和层次时钟结构以及复杂设计的时钟管理电路。选用超高速10位D/A转换器565l实现D/A转换功能，转换速率最高为150 MHz。整个系统在Nios II处理器的控制下，可实现FIR数字滤波、IIR数字滤波、快速傅里叶变换(FFT)算法、编/解码、DDS功能模块设计，以及由它构成的数控频率调制、正交载波调制解调、数控相位调制等功能的信号发生器。