Entwicklung von Applikationen für den Nios II-Prozessor

Entwicklung von Applikationen für den Nios II-Prozessor


Thema:

Der Nios II-Prozessor ist ein Soft-Core-Prozessor der Firma Altera. Damit ist gemeint,
dass es sich hierbei nicht um einen gewöhnlichen Mikroprozessor handelt, sondern um
einen in einer Hardwarebeschreibungssprache beschriebenen Prozessor, welcher auf einem FPGA-Chip implementiert werden kann. Die von Altera verwendeten Hardwarebeschreibungssprachen sind Verilog und VHDL.
Die beiden von Altera vertriebenen FPGA-Familien, auf denen Nios II-Prozessoren implementiert werden können, heißen Cyclone und Stratix. Beide werden mittlerweile in der 3. Generation vertrieben. Dabei ist Cyclone die kostengünstigere FPGA-Variante und Stratix die leistungsstärkere.

Die Aufgabenstellung:

Die Aufgabenstellung der Diplomarbeit lag darin, sich mit den Eigenschaften und der Entwicklung eines Nios II-Systems und des Nios II Development Boards vertraut zu machen. Um dieses Ziel zu erreichen, sollten einfache Anwendungen für Nios II-Systeme entwickelt werden.

Die Durchführung:

Zu diesen einfachen Anwendungen gehörten VHDL-Komponenten, die zum einen innerhalb eines Quartus II-Projektes an das Nios II-System angebunden wurden, und zum anderen mit Hilfe des Komponenten-Editors direkt in das Nios II-System integriert wurden.
Der Komponenten-Editor ist eine Funktion des SOPC-Builders (SOPC: System on a programmable Chip). Der SOPC-Builder ist eine grafische Benutzeroberfläche und Teil der Quartus II-Entwicklungsumgebung. Mit ihm können einzelne Nios II-Komponenten zu einem fertigen Nios II-System verbunden werden.
Ein weiterer Punkt der Diplomarbeit war die Entwicklung von Programmen für den
Nios II-Prozessor mit Hilfe der Nios IDE-Entwicklungsumgebung. Dazu gehörten die Entwicklung von Makros zur Ansteuerung der selbsterstellten Nios-Komponenten, sowie die Integration dieser Funktionen in Anwendungsprogramme des Nios II-Prozessors. Ein Beispiel dafür war die Ansteuerung eines Aufzugsmodells mit Hilfe eines Nios II-Systems.  Dabei wurde die Ansteuerung von Servo- und Schrittmotoren durch selbst entwickelte Nios II-Hardware-Komponenten realisiert. Die eigentliche Steuerung wurde auf einem Nios II-Prozessor implementiert.

Bernd Kräwer, Dezember 2007