张兴堂，高 勇，王伟强

（1.江苏自动化研究所，江苏 连云港 222006；2.空军驻扬州地区军代室，江苏 扬州 225000）

随着超大规模片上系统需求的日益增多，基于传统IC芯片的微电子应用系统设计技术正在转向基于知识产权IP（Intellectual Property）核的片上系统技术发展[1]。因此，基于资源IP核的复用设计方式已开始逐渐成为国内外微电子系统设计的一项支撑技术。从应用功能角度划分IP核有三大类[2]：微处理器IP核（如8位8051核、32位NiosII、Microblaze核等)、各种接口IP核(如SDRAM控制器、PCI总线接口、CAN总线接口、串行总线接口IP核等)和专用算法IP核（图形编解码H.264、加密核等）。使用IP核复用技术，将IP集成到FPGA芯片上，可缩小PCB板体积，降低功耗；还可以根据需要进行功能的升级、扩充和裁减[3]。本文以Altera公司的NiosII为主处理器并集成PCI接口、串行接口、CAN接口、网络接口设计为例，说明片上系统的设计方法。

1 设计原理

采用片上系统设计的智能多接口模块一般可以不需要外部主处理器操作系统的干预，其典型结构如图1所示。在工作时，片上系统收到的信号经过本板上Nios II处理器处理转换后，即可将数据信号送出或做其他处理。信号转换、处理工作全部由片上系统完成，不增加外主处理器操作系统的软件开销，因而对整个系统的负担更小。也可以要通过接入的PCI等系统总线，以中断提请等方式向外部主处理器提请访问，可完成与外主处理器的数据交换[4]。

片外集成的CAN、串行422、PCI、网络等总线外部适配电路、收发器电路等采用了成熟的设计，本文不再赘述。重点介绍片上系统的串口IP软核设计、总线转换桥接逻辑设计以及基于Nios II片上系统集成设计。……