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基于Nios軟核的嵌入式Internet系統(tǒng)設(shè)計(jì)
摘要：介紹如何在Altera開發(fā)平臺(tái)上，使用Nios軟核CPU來構(gòu)建嵌入式Internet系統(tǒng)；并結(jié)合以太網(wǎng)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的實(shí)例，介紹此類系統(tǒng)硬件，軟件的設(shè)計(jì)方法。關(guān)鍵詞：嵌入式Internet Nios μCOS
引言
自上個(gè)世紀(jì)末開始的網(wǎng)絡(luò)化浪潮，在很多領(lǐng)域都引發(fā)了技術(shù)進(jìn)步和革新，嵌入式Internet便是嵌入式技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物。簡(jiǎn)單來說，嵌入式Internet是指在一個(gè)嵌入式設(shè)備上配備網(wǎng)絡(luò)接口，通過網(wǎng)絡(luò)可以與遠(yuǎn)程設(shè)備進(jìn)行信息的交互。從管理的角度上來講，嵌入式Internet經(jīng)歷了三個(gè)發(fā)展階段：集中管理階段、分散管理階段、智能管理階段。前兩個(gè)階段主要是致力于解決如何把一個(gè)具體的設(shè)備真實(shí)地嵌入到Internet中，第三階段人們考慮更多的是如何利用現(xiàn)有的技術(shù)來更好地進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，更加豐富控制功能。
Altera公司的Nios軟核嵌入式處理器是一種可特許的通用RISC CPU，也就是說，Altera公司以IP核的方式將它提供給設(shè)計(jì)者。它可以與各種各樣的外設(shè)、定制指令和硬件加速單元相結(jié)合，構(gòu)成一個(gè)定制的SOPC。該處理順具有可由用戶配置的L1（第一層）指令與數(shù)據(jù)超高速緩存。Nios處理器還具有一種基于JTAG的OCI（片上儀器）芯核，使軟件開發(fā)人員在實(shí)時(shí)調(diào)試方面具有更明顯的優(yōu)勢(shì)。該處理器的軟件支持可擴(kuò)展到對(duì)APR、IP、ICMP、TCP、UDP和以太網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議支持。
本文介紹的以太網(wǎng)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集模塊的設(shè)計(jì)，充分利用了前述兩種技術(shù)。主要功能是進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸以及可接受遠(yuǎn)程控制。該模塊具有成本低廉、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高、可擴(kuò)展性強(qiáng)等特點(diǎn)。
1 設(shè)計(jì)實(shí)例分析
通過對(duì)以太網(wǎng)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集模塊設(shè)計(jì)實(shí)例，介紹如何利用前面提到的技術(shù)來實(shí)現(xiàn)一個(gè)嵌入式Internet系統(tǒng)。
1.1 硬件設(shè)計(jì)
（1）系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)
根據(jù)以太網(wǎng)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集模塊的功能要求，考慮到系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可擴(kuò)展性，本系統(tǒng)主要包括以下部分：
*Cyclone FPGA,包括Nios軟核CPU、操作系統(tǒng)使用的定時(shí)器、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧使用的定時(shí)器、CPU同外圍設(shè)備的接口；
*EPCS4，用來在上電時(shí)對(duì)FPGA進(jìn)行配置；
*Flash，主要用來存放軟件代碼以及一些需要保存的參數(shù)；
*SRAM，用來在系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)的代碼和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)；
*8位A/D，用來采集輸入信號(hào)；
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