基于NiosⅡ系统的1553B总线网络存储器设计

　本文设计了1553B总线上的网络存储器。整个系统基于NIOS II内核设计，利用SoPC技术将接口部分的逻辑控制全部集成于FPGA片内，系统的存储量、结点数量均可扩展。

　　20世纪70年代诞生的1553B总线，是一种主从式多余度总线，对总线硬件有严格的规定，可靠性和实时性好，已经成为当今军用电子总线的首选。类似于以太网，1553B组网中也有“网络硬盘”这样的存储需求，来减轻本地的存储压力，并可作为数据中继供其他部分甚至其他组网使用。

　　Nios II嵌入式处理器是Altera公司于2004年6月推出的第二代用于可编程逻辑器件的可配置的软核处理器，性能超过200 DMIPS。Nios II是基于哈佛结构的RISC通用嵌入式处理器软核，能与用户逻辑相结合，编程至Altera的FPGA中。处理器具有32位指令集，32位数据通道和可配置的指令以及数据缓冲。它特别为可编程逻辑进行了优化设计，也为可编程单芯片系统(SoPC)设计了一套综合解决方案。

　　系统总体方案

　　本系统的主要功能为接收1553B网络发来的命令、数据，管理后级存储器，提供一个访问存储器的网络接口。系统的存储器接口作为1553B总线中的从结点，平时处于待机状态，当总线上有读写命令发来时，总线转换接口根据命令从后级存储器读取数据或向其写入数据。对于总线协议，最方便的是使用现成的协议芯片，但这样做的成本非常高，1553B协议芯片的单片价格在6000元以上，这对于普通应用来说是一个不小的负担，如果能使用FPGA进行协议管理，将使成本大大降低，另外，Quartus内包含有很多存储器管理的IP核可供使用，对于1553B的协议则需要自行定制组件。

　　系统程序为两部分，一部分为接受网络命令及数据，另一部分为存储器的读写。在NIOS IDE环境中，使用C语言作为编程语言。

　　系统硬件设计

　　系统的硬件模块框图见图1所示。

图1 系统硬件结构框图

　　系统的核心芯片采用Altera公司的CYCLONE III系列FPGA EP3C25F324。它采用了65nm低功耗工艺技术进行生产，其集成度及性能有了明显地提高，但功耗却非常低，加上CYCLONE系列一直定位于低成本器件，芯片整体的性价比很高。

　　通过Quartus II 7.2集成的SOPC软件向FPGA内部移植Nios II内核，所需组件如下。

　　CPU：选用标准型CPU核，Debugger为Level 1，在满足需求的情况下尽量节约片内资源的使用。

　　System_ID：下载时系统认证时使用。

　　Jtag_uart：FPGA与PC的通信接口，NIOS IDE软件中使用会很方便。

　　onchip_memory：片内存储器，中转数据时使用。

　　FLASH：Quartus软件内部集成有Intel公司生产的128P308的控制组件，便于开发，若需要更大量的存储，加大FLASH容量即可，如果有需要，可多挂几片。