本章將介紹Nios 處理器的硬件開發(fā)環(huán)境和硬件開發(fā)的整個(gè)流程。一個(gè)簡單Nios 開發(fā)系統(tǒng)包括Nios 嵌入式處理器和連接外設(shè)的輸入輸出設(shè)備， 硬件開發(fā)就是利用SOPC Builder 整合處理器和接口控制器，在Quartus II 軟件下編譯生成模塊并配置到開發(fā)板上的FPGA 器件中，最后將FPGA 器件的外部物理引腳連接到其它硬件上。用戶建立開發(fā)環(huán)境時(shí)，要滿足以下硬件和軟件的要求。

　　 Windows NT/2000/XP 系統(tǒng)

　　 嵌入式Nios 處理器3.02 版本以及SOPC Builder 軟件2.82 版本以上。

　　 Quartus II 2.2 SP1 版本或更高版本。

　　 Nios 開發(fā)板和開發(fā)工具包。

　　Nios 系統(tǒng)的開發(fā)包括硬件開發(fā)和軟件開發(fā)。圖1 描述了創(chuàng)建一個(gè)nios 系統(tǒng)、移植設(shè)計(jì)到nios 開發(fā)板的全過程，左邊描述了硬件設(shè)計(jì)流程，右邊描述了軟件設(shè)計(jì)流程。

　　圖中可以看出，SDK 是硬件和軟件開發(fā)的交匯點(diǎn)。為獲得一個(gè)完整的、可靠的系統(tǒng)，有必要了解一下系統(tǒng)的軟件和硬件開發(fā)流程。即使軟件和硬件分別由不同的小組開發(fā)，都有必要了解軟件和硬件開發(fā)的流程。整個(gè)系統(tǒng)的開發(fā)過程分為如下步驟：

　　1. 第一步：

　　系統(tǒng)需求分析：

　　1） 系統(tǒng)需要實(shí)現(xiàn)的計(jì)算性能

　　2） 系統(tǒng)需要的位寬和吞吐量

　　定制具體的系統(tǒng)需求：

　　1） CPU 是否需要硬件乘法器

　　2） 系統(tǒng)需要什么外設(shè)

　　3） 是否需要DMA 通道

　　這些步驟包含了軟件和硬件兩方面的設(shè)計(jì)。

　　2. 第二步：

　　1） 硬件設(shè)計(jì)組：使用SOPC 軟件進(jìn)行硬件設(shè)計(jì)，生成定制的CPU 和SDK

　　2） 軟件設(shè)計(jì)組：編寫與硬件平臺無關(guān)的C/C++代碼

　　3. 第三步：

　　1） 硬件設(shè)計(jì)組：使用Quartus II 進(jìn)行系統(tǒng)級設(shè)計(jì)（附加外設(shè)，排列管腳）

　　2） 軟件設(shè)計(jì)組：根據(jù)SDK，編寫底層驅(qū)動。

　　4. 第四步：

　　1） 軟件設(shè)計(jì)組：編譯連接設(shè)計(jì)目標(biāo)平臺代碼。

　　5. 第五步：

　　1） 硬件設(shè)計(jì)組：對所設(shè)計(jì)的硬件進(jìn)行測試。

　　2） 軟件設(shè)計(jì)組：對所涉及的軟件進(jìn)行測試。

　　6. 判斷設(shè)計(jì)是否滿足系統(tǒng)需求，如不滿足，修改前幾部分設(shè)計(jì)。如果滿足，則成功建立原型.

　　硬件設(shè)計(jì)人員首先應(yīng)該做的是，利用SOPC Builder 選擇合適的CPU、內(nèi)存和外圍組件，例如片上存儲器、PIOs、UARTs 和片外存儲器接口，然后定制好各個(gè)器件的功能。SOPCBuilder 為硬件外圍組件提供了方便的連接方式，并提供強(qiáng)大的選項(xiàng)，用來提高系統(tǒng)性能。SOPC Builder 按照這些信息，自動生成描述系統(tǒng)硬件的HDL 文件，并生成系統(tǒng)軟件開發(fā)包（SDK），（圖4.1 的第三步）。SDK 包（Software Development Kit）就可以立即應(yīng)用于系統(tǒng)的嵌入式軟件開發(fā)。

　　Nios CPU 的一個(gè)特色是用戶可以定制硬件指令。用戶通過設(shè)計(jì)硬件模塊來定制新的硬件指令，完成運(yùn)算、移位等功能（圖4.1 第4 步）。

　　下一步就可以用Quartus II 完成相應(yīng)的目標(biāo)硬件的配置。應(yīng)用Quartus II 軟件，選定好目標(biāo)硬件的型號，為I/O 接口分配管腳，并且設(shè)定好編譯選項(xiàng)和時(shí)序約束條件，然后開始編譯（圖4.1 第五步）。在整個(gè)編譯過程中，Quartus II 將根據(jù)HDL 源文件，生成綜合的網(wǎng)絡(luò)表文件。QuartusII 中的fitter 工具使網(wǎng)絡(luò)表與目標(biāo)硬件相匹配。最后生成器件的配置文件來配置相應(yīng)的FPGA。

　　應(yīng)用Quartus II 編程器和Altera 下載電纜，將配置文件下載到用戶的目標(biāo)板上或開發(fā)板上（圖4.1 第六步）。經(jīng)過對硬件上的設(shè)計(jì)檢驗(yàn)，一個(gè)新的硬件系統(tǒng)將可以立刻燒寫到開發(fā)板上的永久存儲器上。至此，軟件開發(fā)人員就開始使用開發(fā)板上的硬件平臺對軟件的功能進(jìn)行配置。

　　SDK 開發(fā)工具包中包含了許多實(shí)例，本章接下來的幾節(jié)將通過其中一個(gè)實(shí)例，告訴用戶如何使用SOPC Builder 和Quartus II 軟件在Cyclone 系列開發(fā)板上設(shè)計(jì)自己的Nios系統(tǒng)。