Nios II 处理器系列问与答
以下是关于Altera Nios® II系列嵌入式处理器的常见问题。
概述
器件支持和许可
系统设计和构建
Nios II体系结构
软件工具及中间件
概述
什么是Nios II系列嵌入式处理器?
Nios II系列嵌入式处理器是Altera推出的第二代软核嵌入式处理器解决方案。Nios II处理器内核是一个32位的RISC处理器，它具有共享的通用指令集结构，专门针对Altera的主流FPGA系列进行了优化。请参考Nios II处理器页面的详细信息。
Nios II系列处理器的特点是什么?
Nios II嵌入式处理器支持实现最通用的嵌入式设计。设计人员可以建立最合适的处理器、外设、接口和存储器组合方案。
Nios II/e CPU经过专门设计，针对最低的逻辑资源占用进行了优化，与成本最低的FPGA系列(例如，CycloneTM
II系列)相结合，使处理器系统成本降到1.00美金以下。详细了解Nios II处理器的低成本优势。
有高性能需求的开发人员可以采用Nios II/s或者Nios II/f处理器内核进行开发。Nios II/f内核性能达到200MHz，通过将大计算量软件任务卸载给Nios II定制指令和硬件加速器，进一步提高了性能。而且，Nios II
C语言至硬件加速(C2H)编译器能够自动将这些产生瓶颈的软件源代码转换为FPGA中的硬件加速器。详细了解Nios II处理器的高性能优势。
Nios II处理器还可以帮助您延长产品生命周期。
采用SOPC Builder、Nios II集成开发环境(IDE)、Nios II C2H编译器，同可编程FPGA目标器件相结合，与其他的逻辑设计流程相比，您可以更迅速的将产品推向市场。设计人员使用软核Nios II处理器，可以方便在现场进行软件或者硬件更新。最后，由于您拥有定制构建的Nios II处理器系统源文件，您的产品不会出现元件过时的问题。您拥有处理器，保护了您在系统软件上的投入。
Nios II嵌入式处理器系列有多少种内核?
Nios II处理器系列包含了三种独特的内核，开发人员可以根据系统性能和逻辑单元(LE)
的占用情况来选择合适的内核，设计非常灵活。所有三种内核都包含在Nios II开发包之中，SOPC Builder开发工具支持这三种内核。
Nios II系列处理器包括以下三种内核：
- Nios II/f(快速)——性能最佳、中等FPGA资源占用率
- Nios II/s(标准)——高性能、低FPGA资源占用率
- Nios II/e(经济)——合适的性能、最低的FPGA资源占用率
在FPGA中使用嵌入式软核处理器与硬核处理器相比有哪些优点?
通过硬件描述语言(HDL)编写的知识产权(IP)来实现处理器，开发人员能够得到最合适的解决方案，因为他们可以选择最适合系统需要的外设、性能、处理器组合。硬核实现的本质是ASIC，它没有这么高的灵活性；而且需要长时间才能完成配置，以至于不能充分利用最新的工艺技术。另一方面，软核处理器能够立即移植到技术最新的FPGA中，例如基于90纳米工艺的Stratix®
II或者Cyclone II系列器件。而且，基于标准微处理器的方案还受到产品过时的困扰，反之，基于Nios II的方案则不会有这样的问题，因为它仅仅是一段可以重新构建的HDL代码。
Nios II体系结构与第一代Nios处理器有什么不同?
Nios II处理器是32位RISC指令集体系结构，而第一代Nios处理器只是16位指令集结构。Nios II的效率和性能超越Nios处理器内核达到了一个新的水平，它使用更少的FPGA资源，而计算性能却提高了四倍。Nios II处理器提供一组针对价格（逻辑资源占用率）和性能而预先优化的内核，简化了处理器的选择过程。
Nios II处理器的市场定位是什么?
Nios II处理器系列可以广泛应用于需要通用32位嵌入式微处理器的领域。
什么是Nios II C语言至硬件加速(C2H)编译器?
Nios II C2H编译器是Nios II的增效工具，能够自动加速对性能要求较高的软件子程序，从而显著提高系统总体性能。Nios II C2H编译器集成在Nios II IDE中，可以免费评估使用，但是许可文件单独发售。
开发人员使用Nios II C2H编译器可以获得哪些优势?
设计人员利用FPGA逻辑资源来运行部分程序，不必提高处理器时钟频率便能够提升系统性能。硬件加速功能进一步提高了系统性能，不会增加功耗。
器件支持和许可
哪些Altera FPGA系列支持Nios II处理器?
Stratix、Stratix GX、Stratix II和Cyclone系列FPGA完全支持Nios II处理器。未来将要推出的FPGA系列都支持Nios II处理器，为客户提供性能更高的处理器。
Nios II处理器可以在HardCopy结构化ASIC中实现吗?
是的。对于大批量应用，Altera可以将FPGA设计直接全部移植为HardCopy
II结构化ASIC。Altera HardCopy结构化ASIC支持并许可Nios II处理器的系统构建。
Nios II的许可模式是什么?
凡购买Nios II开发套件的用户都将获得一个永久、免费的许可，通过Nios II系列嵌入式处理器及配套外设来开发和发售系统。这一免版税许可适用于Altera
FPGA以及HardCopy结构化ASIC。
Altera是否提供基于Nios II处理器系统的ASIC移植方案?
是的。对于每一个具体的案例，我们都提供ASIC移植途径。客户可以联系Altera代表，获得详细的许可信息。
系统设计和构建
开发Nios II系列嵌入式处理器需要什么工具?
Nios II嵌入式设计套件(EDS)是针对Nios II处理器微控制器建立以及目标Nios II系统编程的完整开发工具套件。Nios II EDS包含在每一个Nios II开发套件中，也可以下载评估版。
能够在单个FPGA中实现多个Nios II处理器内核吗?
Nios II嵌入式处理器完全支持多处理器系统。在SOPC Builder工具中，系统设计人员可以根据需要在系统中添加多个Nios II处理器内核。SOPC Builder自动为每个集成在系统中的内核产生必要的HDL设计文件。
开发人员采用Nios II C2H编译器能够提升哪方面的性能?
尽管性能改进取决于多种因素（包括算法实现和代码格式等），与没有加速的软件相比，Nios II C2H编译器能够将性能提高40倍以上。
什么是Avalon交换架构?
许多处理器系统使用总线拓扑结构，从设备和主设备组件共享同一条总线。多个总线主机必须通过竞争来访问总线，与系统其他组件进行通信之前，经常要等待其他主机释放总线。这种总线结构要求设计人员花费大量时间来验证所有外设的接口工作是否正常。
Avalon交换架构是一种定制的内部互联，它由SOPC Builder设计工具自动生成，将系统中所有的主设备和从设备端口连接在一起。因为它是一种交换式总线而不是系统总线，所以多个主机端口可以同时工作，从而提高了系统性能。
Nios II体系结构
Nios II处理器内核的基本结构是什么?
Nios II系列处理器提供大部分流行32位处理器具备的基本结构组成，包括：
- 32位指令宽度
- 32位数据和地址总线
- 32个通用寄存器
- 32个外部中断源
- 可配置的指令高速缓冲
- 可配置的数据高速缓冲
- 通用接口支持256条定制指令
- 通用接口支持定制外设的集成
什么是定制指令?
定制指令是用户添加的硬件模块，用来扩展CPU的运算逻辑单元（ALU）。Nios II处理器完全支持用户自定义的指令，设计人员可以精确调整系统硬件，达到性能目标。用户可以为每个系统中的Nios II处理器内核创建256条定制指令。与Nios II原有的指令相似，用户定制指令逻辑可以从2个源寄存器中取得操作数，然后将结果返回到一个目的寄存器中去。
软件工具及中间件
开发人员怎样编写Nios II系统软件?
Nios II软件开发工具自动生成适合系统硬件的定制C/C++运行环境。Nios II集成开发环境(IDE)通过提供多种软件模板来简化工程的开发，这些模板可以用做开发定制固件方案的“起始”文件。
哪些软件调试工具适用于Nios II处理器?
Altera通过Nios II IDE提供完整的软件调试方案，用户可以利用指令集仿真（ISS）的方式或直接在系统硬件（如开发板，已包含于Nios II开发套件中）上调试自己的应用软件。Nios II处理器系统使用辅助硬件调试模块来直接调试硬件。这一调试模块特性丰富，在IDE的控制下，提供运行控制、存储器检查和修改、硬件断点、数据触发和处理跟踪等功能。
哪些第三方软件工具适用于Nios II处理器?
许多顶级嵌入式软件工具供应商支持Nios II系列处理器，提供操作系统、中间件、软件库、IDE、调试器、协同验证工具等。请参考嵌入式工具供应商的最新完整列表。
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