《SOPC系統(tǒng)設(shè)計》教學(xué)大綱

1、- PAGE 4 -SOPC系統(tǒng)設(shè)計課程教學(xué)大綱課程的基本信息適應(yīng)對象：本科，電子信息工程課程代碼：22E01626學(xué)時分配：48學(xué)時（理論學(xué)時32，實踐學(xué)時16）賦予學(xué)分：3先修課程：數(shù)字電子技術(shù)、C語言程序設(shè)計、單片機原理與接口技術(shù)、EDA技術(shù)及應(yīng)用后續(xù)課程：嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計、工程實訓(xùn)課程性質(zhì)與任務(wù)本課程是針對電子信息工程專業(yè)的一門專業(yè)選修課程，目標(biāo)在于培養(yǎng)學(xué)生掌握一門先進的現(xiàn)代數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)，理解可編程片上系統(tǒng)的概念，明確硬件編程與軟件編程的本質(zhì)區(qū)別和各自優(yōu)勢，通過靈活的系統(tǒng)級設(shè)計過程形成創(chuàng)新思維。教學(xué)目的與要求通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生了解軟硬件協(xié)同設(shè)計的開發(fā)流程，熟悉軟硬件開發(fā)環(huán)境

2、，掌握基于Altera公司Nios處理器的SOPC系統(tǒng)設(shè)計技能，理解IP核的概念以及其復(fù)用技術(shù)，具備一定的現(xiàn)代數(shù)字系統(tǒng)研發(fā)能力。教學(xué)內(nèi)容與安排第1單元 概 述【教學(xué)內(nèi)容】SOPC系統(tǒng)的基本概念：IP軟核、IP硬核及IP軟核復(fù)用的概念；SOPC開發(fā)基本流程；Nios處理器介紹；適用于實現(xiàn)SOPC的FPGA介紹。【教學(xué)重點及難點】教學(xué)重點：SOPC的基本概念的理解，并在此基礎(chǔ)上理解設(shè)計SOPC系統(tǒng)與其他處理器系統(tǒng)的不同。教學(xué)難點：對于IP核及其復(fù)用技術(shù)的理解?！净疽蟆坷斫釹OPC的基本概念，理解IP核的概念，了解Nios處理器和Altera公司的FPGA，熟悉SOPC開發(fā)的基本流程；理解SOP

3、C的基本概念；理解IP核的概念；了解Nios處理器和Altera公司的FPGA；熟悉SOPC開發(fā)的基本流程?！九囵B(yǎng)的能力】理解新技術(shù)的能力。第2單元 Nios嵌入式處理器軟核體系結(jié)構(gòu)，Avalon接口規(guī)范【教學(xué)內(nèi)容】Nios處理器結(jié)構(gòu)；Nios寄存器配置；ALU；Nios處理器運行模式及異常和中斷；存儲器和外設(shè)訪問；Avalon片內(nèi)總線結(jié)構(gòu)?！窘虒W(xué)重點及難點】教學(xué)重點：Nios處理器的特點及相關(guān)寄存器的配置、Avalon片內(nèi)總線的使用及IP核互聯(lián)技術(shù)教學(xué)難點：Nios處理器異常和中斷的處理、Avalon片內(nèi)總線的理解與使用。【基本要求】了解Nios處理器的基本體系結(jié)構(gòu)；掌握其相關(guān)寄存器的配置方

4、法；理解Avalon總線的基本結(jié)構(gòu)和特點；掌握IP核互聯(lián)的方法。【培養(yǎng)的能力】學(xué)習(xí)新處理器的一般控制方法的能力。第3單元 Nios處理器的外設(shè)【教學(xué)內(nèi)容】Nios處理器常用外圍設(shè)備的特點、配置及軟件編程?！窘虒W(xué)重點及難點】教學(xué)重點：外設(shè)的配置和軟件編程教學(xué)難點：外設(shè)的配置和軟件編程【基本要求】熟記Nios處理器的常用外設(shè)掌握其配置和軟件編程方法【培養(yǎng)的能力】處理器外設(shè)控制方法的能力。第4單元 SOPC軟硬件開發(fā)平臺【教學(xué)內(nèi)容】SOPC系統(tǒng)開發(fā)的軟硬件平臺；Quartus下的SOPC Builder工具；進行軟件開發(fā)的Nios IDE集成開發(fā)環(huán)境；軟硬件接口的硬件抽象層（HAL）。【教學(xué)重點及難

5、點】教學(xué)重點：SOPC Builder工具和Nios IDE開發(fā)平臺的使用教學(xué)難點：對于硬件抽象層HAL的理解，以及SOPE Builder工具和Nios IDE下調(diào)試器的使用。【基本要求】理解硬件抽象層的概念及其在整個軟硬件系統(tǒng)協(xié)同設(shè)計中所起的關(guān)鍵作用；掌握SOPC軟硬件開發(fā)平臺的基本使用【培養(yǎng)的能力】集成開發(fā)環(huán)境(SOPC Builder、NiosIDE)的應(yīng)用能力第5單元 基于Nios的操作系統(tǒng)移植【教學(xué)內(nèi)容】結(jié)合Nios處理器特點分析進行操作系統(tǒng)移植的技術(shù)要素，介紹嵌入式實時操作系統(tǒng)C/OS并對其進行移植?！窘虒W(xué)重點及難點】教學(xué)重點：基于Nios處理器的操作系統(tǒng)移植方法、操作系統(tǒng)移植需

6、要注意的問題。教學(xué)難點：理解嵌入式實時操作系統(tǒng)的概念、基于C/OS的應(yīng)用程序開發(fā)方法?！净疽蟆渴煜せ贜ios的操作系統(tǒng)移植方法；掌握C/OS操作系統(tǒng)的移植?！九囵B(yǎng)的能力】操作系統(tǒng)的裁剪和編譯的能力。第6單元 Nios系統(tǒng)深入設(shè)計【教學(xué)內(nèi)容】為復(fù)雜設(shè)計定制基于Avalon總線的Nios處理器外設(shè)方法，設(shè)計PWM外設(shè)組件進行舉例?！窘虒W(xué)重點及難點】教學(xué)重點：基于Avalon總線的Nios處理器外設(shè)定制方法。教學(xué)難點：基于Avalon總線的Nios處理器外設(shè)定制方法?！净疽蟆苛私舛ㄖ苹贏valon總線的Nios處理器外設(shè)方法。能使用用戶自定制的外設(shè)組件。【培養(yǎng)的能力】自定制單元電路的設(shè)計

7、能力。學(xué)時分配情況見下表序號單元講授實驗小計1概述222Nios處理器體系結(jié)構(gòu)663 Avalon接口規(guī)范444Nios處理器常用外設(shè)4375SOPC硬件開發(fā)平臺4376SOPC軟件開發(fā)平臺3367C/OS操作系統(tǒng)的移植3368 Nios 系統(tǒng)深入設(shè)計6410課時合計321616五、必備教材和參考資料1. 必備教材嵌入式FPGA/SOPC 技術(shù)試驗與實踐教程，湯書森等編著，清華大學(xué)出版社，2011年2. 參考資料(1)基于Nios 內(nèi)核的FPGA電路系統(tǒng)設(shè)計，郝建國等編著，電子工業(yè)出版社，2010年(2)基于Quartus 的數(shù)字系統(tǒng)Verilog HDL設(shè)計實例詳解，周潤景等編著，電子工業(yè)出

8、版社，2010年(3)/forum-4-1.html(電子工程論壇子論壇Nios 論壇) (4)/forum/forumdisplay.php?f=37(Altera官方Nios論壇）六、課外學(xué)習(xí)要求本課程課外學(xué)習(xí)要求學(xué)生查找并學(xué)習(xí)SOPC方面的學(xué)術(shù)論文35篇，撰寫學(xué)習(xí)報告或文獻綜述。并以PPT答辯的形式在討論課中進行師生間、同學(xué)間的交流探討。針對不同學(xué)生對學(xué)習(xí)的文獻分為三個要求層次。第一層次要求學(xué)生學(xué)習(xí)的論文必須全部為EI檢索和SCI檢索，且不少于2篇外文文獻（這部分學(xué)生占學(xué)生總數(shù)的20%）；第二層次要求學(xué)生學(xué)習(xí)的論文至少為2篇為EI檢索或SCI檢索，其他論文必須是核心期刊（這部分學(xué)生占學(xué)生總數(shù)的50%）；第三層次要求學(xué)生學(xué)習(xí)的論文至少是核心期刊。（這部分學(xué)生占學(xué)生總數(shù)的30%）。七、教學(xué)方法根據(jù)本課程特點，理論課使用多媒體教學(xué)和板書教學(xué)結(jié)合的方式，以多媒體教學(xué)為主；實踐課以教師多媒體講授和簡單示例的方式，引導(dǎo)學(xué)生掌握SOPC系統(tǒng)設(shè)計的基本方法，大部分時間留給學(xué)生自主設(shè)計操作的時間，可使用具體的SOPC開發(fā)板及