2.1 SOPC开发流程

SOPC开发包括硬件开发和软件开发两部分。硬件开发主要基于Quartus Ⅱ和Qsys（原SOPC Builder）。软件开发最早使用Nios Ⅱ IDE，后来逐渐转向Nios Ⅱ Software Build Tools for Eclipse（简称Nios Ⅱ SBT）。Nios Ⅱ使用Eclipse集成开发环境来完成软件工程的编辑、编译、调试和下载，极大地提高了软件开发效率。

图2-1显示了基于英特尔Quartus Ⅱ和Nios Ⅱ的SOPC开发流程。从图中可见，与FPGA开发流程相比，SOPC开发流程增加了处理器及其外设接口的定制步骤，以及Nios Ⅱ软件开发部分。这些新增加的开发内容可以利用Qsys、Nios Ⅱ SBT轻松地完成。

图2-1 SOPC开发流程

2.1.1 硬件开发流程

（1）利用Qsys从Nios Ⅱ处理器内核和Nios Ⅱ开发套件提供的外设列表中选取合适的CPU、存储器及外围器件（如片内存储器、PIO、定时器、UART、片外存储器接口等），并定制和配置它们的功能，然后分配外设地址及中断号，设定复位地址，最后生成系统。用户也可以添加自身定制的指令逻辑到Nios Ⅱ内核以提高CPU性能，或者添加自身定制的外设以减轻CPU的工作量。

（2）使用Qsys生成Nios Ⅱ系统后，将其集成到Quartus Ⅱ工程中。可以在Quartus Ⅱ工程中加入Nios Ⅱ系统以外的逻辑，大多数SOPC设计都包括Nios Ⅱ系统以外的逻辑，这也是SOPC系统的优势所在。用户可以集成自身定制的硬件模块到SOPC设计中，或者集成从英特尔或第三方供应商处获取的现成的知识产权（IP）设计模块。

（3）使用Quartus Ⅱ软件选取具体的英特尔FPGA器件型号，然后为Nios Ⅱ系统中的各I/O接口分配引脚，并根据要求进行硬件编译选项或时序约束的设置，最后编译Quartus Ⅱ工程。在编译过程中Quartus Ⅱ将对Qsys生成系统的HDL设计文件进行布局布线，由HDL源文件生成一个适合目标器件的网表，同时生成FPGA配置文件。

（4）使用Quartus Ⅱ编程器和下载线（如USB Blaster）将配置文件（用户定制的Nios Ⅱ处理器系统的硬件设计）下载到开发板上。当校验完当前硬件设计后，可将新的配置文件下载到开发板上的非易失性存储器（如EPCS器件）中。下载完硬件配置文件后，软件开发者就可以将此开发板作为初期硬件平台进行软件开发。

2.1.2 软件开发流程

（1）当用Qsys进行硬件设计时，就可以开始编写独立于器件的C/C++程序，如算法或控制程序。用户可以使用现成的软件库和开放的操作系统内核来加快开发进程。

（2）在Nios Ⅱ SBT中建立新的软件工程时，Eclipse会根据Qsys对系统的硬件配置自动生成一个定制的HAL（硬件抽象层）系统库。这个库能为程序和底层硬件的通信提供接口驱动程序，它类似于在创建Nios Ⅱ系统时Qsys生成的SDK。

（3）使用Nios Ⅱ SBT对软件工程进行编译、调试。

（4）将软件下载到开发板上并在硬件上运行。