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SOPC复习资料1.什么是SOC？什么是SOPC？两者有何区别？SystemonChip的缩写，指在单片上集成系统级多元化的大规模功能块，从而构成一个能够处理各种信息的集成系统。System-on-a-Programmable-Chip，即可编程片上系统。用可编程逻辑技术把整个系统放到一块硅片上，称作SOPC。可编程片上系统（SOPC）是片上系统（SOC）的一种，即由单个芯片完成整个系统的主要逻辑功能；其特点在与，它是可编程系统，具有灵活的设计方式，可裁减、可扩充、可升级，并具备软硬件可编程的功能。2.什么是IC,ASIC,SOC,SOPC?IC，即集成电路是采用半导体制作工艺，在一块较小的单晶硅片上制作上许多晶体管及电阻器、电容器等元器件，并按照多层布线或遂道布线的方法将元器件组合成完整的电子电路。ASIC是ApplicationSpecificIntegratedCircuit的英文缩写，在集成电路界被认为是一种为专门目的而设计的集成电路。一般说来,SoC称为系统级芯片,也有称片上系统,意指它是一个产品,是一个有专用目标的集成电路,其中包含完整系统并有嵌入软件的全部内容。System-on-a-Programmable-Chip，即可编程片上系统。用可编程逻辑技术把整个系统放到一块硅片上，称作SOPC。可编程片上系统（SOPC）是一种特殊的嵌入式系统：首先它是片上系统（SOC），即由单个芯片完成整个系统的主要逻辑功能；其次，它是可编程系统，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。3.SOPC和ARM、DSP各有什么特点？ARM处理器是目前应用较广的典型32位RISC处理器，和另外两种处理器相比，其特点在于集成功能模块多、在系统中的控制能力强，产品线丰富、开发工具成熟。DSP处理器转为数字信号处理而设计，在芯片的硬件设计中已经加入了对数字信号常用算法的支持和优化，相对ARM处理器，其控制功能较差。SOPC是在FPGA基础上构建的微控制器，各种性能和功能和ARM处理器基本类似，但由于构建于FPGA，因此还可以通过定制指令的方式为处理器配置专用的硬件加速器，从而在不同时间内针对不同的处理目标，向FPGA配置相应的硬件模块。4.简述NiosII软核CPU与普通CPU的比较优势？NiosII系列支持使用专用指令。专用指令是用户增加的硬件模块，它增加了算术逻辑单元（ALU）。用户能为系统中使用的每个NiosII处理器创建多达256个专用指令，这使得设计者能够细致地调整系统硬件以满足性能目标。同时，NiosII系列支持60多个外设选项，开发者能够选择合适的外设，获得最合适的处理器、外设和接口组合，而不必支付根本不使用的芯片功能。　5.Avalon总线与普通总线相比有更高的数据吞吐量，特别在多CPU系统中。为什么Avalon总线会有更好的性能？\nAvalon总线支持多个总线主外设，允许单个总线事务中在外设之间传输多个数据单元。Avalon主从之间的交换是建立端口仲裁技术上的:当多个主外设同时要求访问一个端口时，从端口仲裁决定哪一个主外设取得访问权。从端口仲裁具有以下两个优点:（1）仲裁的细节被封装在Avalon总线内部。因而，主从外设的接口是一致的，与总线的主从外设的数量无关。每个主外设到总线的接口都与总线上是否还有其他主外设无关；（2）多个主外设只要不是在同一总线周期访问同一个从端口，便可同时执行多个总线传输；1.什么是片内外设？什么是片外外设？这两类外设的主要区别是什么？片内、外设是两个概念，片内指做成芯片的集成电路内部，简称片内；外设是外部设备的简称，是指集成电路芯片外部的设备。集成电路芯片与外部设备的连接一般需要专门的接口电路和总线的连接（包括控制总线路、地址总线和数据总线等）。由于大规模集成电路的技术发展得很快，现在许多芯片在制造时已经能够将部分接口电路和总线集成到芯片内部。对于这部分电路与传统的接口电路和总线是有区别的，为了加于区别可以称之为片内外设，其含义是在集成电路芯片内部集成的用于与外部设备连接的接口电路和总线。简单的说，“片内外设”是芯片内部用于与外部设备连接的接口电路和总线。片外外设则被设计在芯片之外，作为单独的一个接口设备，通过总线方式或I/O口与处理器进行连接。2.片内外设通常采用寄存器的方式进行操作，在下表中的功能描述一栏填入PIO寄存器功能。PIO寄存器定义表寄存器名称功能描述DataRead记录了PIO输入引脚上的当前数据值Write向PIO口输出的数据值Direction用于设置PIO端口方向interruptmask中断掩码，使能每位的中断请求edgecapture边沿捕获寄存器3.Avalon总线具有哪两种接口类型，说明其特点Avalon总线接口可分为两类Slave和MasterSlave是一个从接口，而Master是主控接口，区别在与对总线的控制，Master接口具有对总线的控制权，而Slave是被动的。4.在main函数中编写代码，实现8个LED灯依次循环闪烁（跑马灯）。\n（8个LED灯连接到IO口0~8，延时功能可调用函数usleep()实现）typedefstruct{unsignedlongintDATA;unsignedlongintDIRECTION;unsignedlongintINTERRUPT_MASK;unsignedlongintEDGE_CAPTURE;}PIO_STR;#defineLED((PIO_STR*)LED_BASE)Intmain(){Unsignedintloop,test;LED->DIRECTION|=0xff;for(loop=0;loop<8;loop++){test=~(1<DATA=test;usleep()}}1.简述操作系统实现任务调度的两种典型方法及实现原理，uC/OS使用哪种方法进行任务调度？第一种为优先级调度，首先为每个任务或进程指定优先级，操作系统根据优先级的高低，来决定处理各程序的先后次序。如果即将被运行的进程的优先级比正在运行的进程的优先级高，则系统可以强行剥夺正在运行的进程的CPU，让优先级高的进程先运行。第二种为时间片轮转，每个进程被分配一个时间段，称作它的时间片，即该进程允许运行的时间。如果在时间片结束时进程还在运行，则CPU将被剥夺并分配给另一个进程。如果进程在时间片结束前阻塞或结束，则CPU当即进行切换。uC/OS采用第一种方式进行任务调度。2.32位RISC处理器具有哪些典型特点？（1）功能简单，数量有限的指令系统；（2）采用大量的寄存器，使大部分指令操作都在寄存器之间进行，提高了处理速度（3）通过优化指令流水线提高性能\n1.简述FPGA、ARM、DSP处理器各自特点及应用领域？ARM处理器是目前应用较广的典型32位RISC处理器，和另外两种处理器相比，其特点在于集成功能模块多、在系统中的控制能力强，产品线丰富、开发工具成熟。DSP处理器转为数字信号处理而设计，在芯片的硬件设计中已经加入了对数字信号常用算法的支持和优化，相对ARM处理器，其控制功能较差。FPGA（Field－ProgrammableGateArray），即现场可编程门阵列，它是作为专用集成电路（ASIC）领域中的一种半定制电路而出现的，既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。块。系统设计师可以根据需要通过可编辑的连接把FPGA内部的逻辑块连接起来，就好像一个电路试验板被放在了一个芯片里。一个出厂后的成品FPGA的逻辑块和连接可以按照设计者而改变，所以FPGA可以完成所需要的逻辑功能。2.简述NiosII软核CPU与普通CPU的比较优势？NiosII系列支持使用专用指令。专用指令是用户增加的硬件模块，它增加了算术逻辑单元（ALU）。用户能为系统中使用的每个NiosII处理器创建多达256个专用指令，这使得设计者能够细致地调整系统硬件以满足性能目标。同时，NiosII系列支持60多个外设选项，开发者能够选择合适的外设，获得最合适的处理器、外设和接口组合，而不必支付根本不使用的芯片功能。　3.Avalon总线与普通总线相比有更高的数据吞吐量，特别在多CPU系统中。为什么Avalon总线会有更好的性能？（8分）Avalon总线支持多个总线主外设，允许单个总线事务中在外设之间传输多个数据单元。Avalon主从之间的交换是建立端口仲裁技术上的:当多个主外设同时要求访问一个端口时，从端口仲裁决定哪一个主外设取得访问权。从端口仲裁具有以下两个优点:（1）仲裁的细节被封装在Avalon总线内部。因而，主从外设的接口是一致的，与总线的主从外设的数量无关。每个主外设到总线的接口都与总线上是否还有其他主外设无关；（2）多个主外设只要不是在同一总线周期访问同一个从端口，便可同时执行多个总线传输；4.简述在NIOS中进行中断编程的三个步骤？一般分为一下3个步骤（1）定义中断服务子程序（2）安装中断服务子程序，使用系统函数将编写好的中断服务子程序入口地址安装到系统的中断向量表中（3）使能中断，设置相关的中断控制寄存器，中断屏蔽寄存器等，使能中断。5.片内外设通常采用寄存器的方式进行操作，在下表中的功能描述一栏填入PIO寄存器功能。PIO寄存器定义表\n寄存器名称功能描述DataRead记录了PIO输入引脚上的当前数据值Write向PIO口输出的数据值Direction用于设置PIO端口方向interruptmask中断掩码，使能每位的中断请求edgecapture边沿捕获寄存器1.Avalon总线具有哪两种接口类型，说明其特点Avalon总线接口可分为两类Slave和MasterSlave是一个从接口，而Master是主控接口，区别在与对总线的控制，Master接口具有对总线的控制权，而Slave是被动的。2.在main函数中编写代码，实现8个LED灯依次循环闪烁（跑马灯）。（8个LED灯连接到IO口0~8，延时功能可调用函数usleep()实现）typedefstruct{unsignedlongintDATA;unsignedlongintDIRECTION;unsignedlongintINTERRUPT_MASK;unsignedlongintEDGE_CAPTURE;}PIO_STR;#defineLED((PIO_STR*)LED_BASE)Intmain(){Unsignedintloop,test;for(loop=0;loop<8;loop++){test=~(1<DATA=test;usleep()}}\n1.举出3种常见的嵌入式操作系统，说明其特点。WindowsCE,为桌面WINDOWS的嵌入式版本，其特点为开发工具完善，平台兼容性强，软件资源丰富，开发速度较快，缺点在于内核需要付费使用，对硬件资源消耗也较大嵌入式LINUX，其中包含了RT-LINUXuClinux等不同版本，具有免费、开源、完整的网络协议栈支持等优点，但开发工具还不完善，配套软件支持相对较差，兼容性较差uC/OS相对来说是一个轻量级的操作系统，仅具有基本的任务调度等功能，无文件系统、无网络协议等配套软件，对硬件要求低，同时也具有开源、免费等优点。2.简述uC/OS操作系统任务调度的基本原理？任务优先级分配的基本原则是什么？uC/OS采用基于优先级的任务调度方式，首先为每个任务或进程指定优先级，操作系统根据优先级的高低，来决定处理各程序的先后次序。如果即将被运行的进程的优先级比正在运行的进程的优先级高，则系统可以强行剥夺正在运行的进程的CPU，让优先级高的进程先运行。优先级分配时，通常将占用CPU时间最长的任务分配较低的优先级，将需要及时处理，并且占用时间不长的任务分配较高的优先级。3.什么是PWM，简述下图PWM模块的实现原理4.NIOS软核通用IO口寄存器结构如下，请写出寄存器的软件数据结构，并编写C语言程序，访问IO口寄存器，将IO口的低4位设置为输出，并输出高电平。（20分）\n偏移地址寄存器名称备注0data1directionDirection寄存器的某一位置1时，对应的端口为输出，置0时对应的端口为输入2interruptmask3edgecapture在system.h中，IO口寄存器基地址为#definePIO_0_BASE0x00201000