导言：
嵌入式处理器是嵌入式体系的中心，有硬核和软核之分。其间，嵌入式处理器软核以其更大的运用灵活性，更低价的本钱，受到了研制人员和商场的广泛欢迎。Altera公司最新推出的嵌入式处理器软核Nios II更是软核处理器中的先进代表，它现已快速的渗透到教育、科研以及出产等各个方面，活跃的推进着嵌入式技能、SOPC(可编程片上体系)的开展。
1 Nios II 简介
二十世纪九十年代末，可编程逻辑器材(PLD)的复杂度现已可以在单个可编程器材内完结整个体系，可编程片上体系(SOPC)已成为实践。Altera将可编程器材的优势拓宽到嵌入处理器的开发规划中，推出了成功的产品。
2000年，Altera发布了Nios处理器，这是Altera Excalibur嵌入处理器方案中的第一个产品，是第一款用于可编程逻辑器材的可装备软核处理器。
2004年6月，Altera公司在第一代Nios获得巨大成功的基础上，又推出了愈加强壮的Nios II嵌入式处理器。它选用32位的RISC指令集，32位数据通道，5级流水线技能，可在一个时钟周期内完结一条指令的处理。与Nios比较，Nios II处理器具有更高的功用和更小的FPGA占用率，而且供给了强壮的软件集成开发环境Nios II IDE，一切软件开发使命包括修改、编译、调试程序和下载都可以在该环境下完结。
Altera公司将Nios II处理器以IP( Intellectual Property知识产权)核的方法供给给规划者，有快速型(Nios II/f)、经济型(Nios II/e)和规范型(Nios II/f)三种处理器内核，每种内核都对应不同的功用规模和资源本钱。规划者可以依据实践的状况来挑选和装备处理器内核，轻松的创立一款“完美”的处理器。
2 Nios II体系的开发流程
Nios II体系的开发首要可以分为两大步：建立硬件渠道和针对方针渠道编写使用软件程序。
Altera公司规划的开发东西SOPC Builder，将一切和处理器子体系相关的底层详细资料会集到这个东西中，让用户彻底置身于直观的图形界面下增加和装备所需的处理器和功用部件，并主动完结包括界说存储器映射、中止操控和总线操控在内的体系装备作业，使得开发作业简单化，规划者可以愈加着眼于体系的功用而无须拘泥于过多的细节。
集成于SOPC Builder中的Nios II IDE，选用绝大部分规划者非常了解的规范GNU环境，可以让规划者在其间完结一切的软件开发使命。
建立硬件渠道所需的作业如下：
(1)硬件开发的首要作业是构建Nios II体系模块。在SOPC Builder中选取适宜的CPU、存储器以及外围器材(如片内存储器、PIO、UART和片外存储器接口)，并经过参数的规划定制它们的功用。
部件挑选完结后，运用Quartus II软件选取详细的Altera可编程器材系列，并对SOPC Builder生成的HDL规划文件进行布局布线，生成Nios II体系模块;
(2)将生成的Nios II体系模块加入到Quartus II工程下的顶层规划文件，为Nios II体系模块的I/O端口分配管脚或许衔接FPGA内部逻辑。I/O管脚分配后，进行编译，体系生成装备文件;
(3)运用Quartus II编程器和Altera下载电缆，下载装备文件到开发板。当硬件规划校验完结后，可以将装备文件下载到开发板上的非易失存储器里。
下载完硬件装备文件后，软件开发者就可以把此开发板作为软件开发的初期硬件渠道对软件功用进行开发验证。
软件开发流程归纳如下：
(1)在用SOPC Builder进行硬件规划的一起，就可以开端编写独立于器材的C/C++软件，比方算法或操控程序，并可以运用现成的软件库和敞开的操作体系内核来加速开发进程。
(2)在NIOS II IDE中建立新的软件工程，这时，IDE会针对方针硬件渠道主动生成一个定制HAL体系库，这个库能为程序和底层硬件的通讯供给接口驱动程序。
(3) 运用NIOS II IDE对软件工程进行编译、调试，运转。[1]
3 Nios II 在轿车行进记载仪中的使用
轿车行进记载仪是对车辆行进速度、时刻、路程以及有关车辆行进的其它状况信息进行记载、存储并可经过接口完结数据输出的数字式电子记载设备。
选用依据嵌入式处理器Nios II的SOPC技能来规划轿车行进记载仪的优势如下：
轿车行进记载仪需求存储、传输数据，必要时还需具有显现和警报功用，体系接口较多，SOPC Builder供给了很多的接口IP核供用户挑选，使得规划方便快捷，可以大大的缩短开发工期。
轿车行进记载仪因其特别的作业环境，要求尽可能的减小产品体积并进步体系的可靠性，SOPC的特色就是在FPGA上高度集成，尽量削减芯片外部连线，非常契合轿车行进记载仪对体积和可靠性的要求。
轿车行进记载仪应该具有适使用户需求改变的才能，具有杰出的可扩展性和晋级特性。可编程逻辑器材FPGA以及Nios II的特色使得经过对软件代码的更新就可以完结体系的保护和晋级。
3.1 硬件渠道的建立
依据轿车行进记载仪的功用，将整个体系划分为四个部分，如图1所示。
图1 体系全体框图
图1中各部分的功用如下：
Nios II体系模块：中心操控单元。包括Nios II处理器，Avalon总线，中止时钟以及与外设的接口。操控程序由运转在Nios II CPU上的软件完结，担任对信号的收集，处理和存储操作，并操控通讯进程;
信号输入部分：接纳外部传感器和开关量信号，并进行处理，将处理后的数据送到Nios II体系模块的数据收集端口(PIO);
存储器部分：存储收集的数据;
通讯模块：选用RS-232，担任与分析仪之间的通讯。
依据各个部分的功用和开发板的装备(本项目所用的开发板为Stratix 1s10，FPGA的型号为：EP1S10F780C6)，需求用到的外围器材有：对模仿输入信号进行模数转化的ADC0809;用于实验中存储数据的 SRAM存储器;用于实验数据备份的Flash存储器;装载软件程序、反常处理的SDRAM存储器;记载仪与分析仪之间的通讯接口RS232;用于超速报警的LED;等等。
依照体系的硬件规划，在SOPC Builder需求增加如下IP模块：
l Nios II 32位CPU 软核处理器;
l Interval_timer 中止时钟，每0.2秒宣布中止;
l Keydoor_pio 接纳钥匙门信号的输入;
l Power_off_pio 接纳掉电信号的输入;
l Vehicle_speed_pio 衔接车速传感器输出脉冲计数器的输出端;
l Over_speed_alarm_pio衔接超速报警LED;
l Rotate_speed_pio 衔接曲轴传感器输出脉冲计数器的输出端;
l Initial_pio 体系复位端口;
l Adc_control_pio ADC 0809操控端口;
l Adc_eoc_pio衔接ADC 0809转化完毕指示引脚;
l Adc_data_pio 衔接ADC 0809的8个数据输出引脚;
l Switch_input_pio 接纳开关量的输入;
l Sdram 软件程序，反常处理存储器;
l Ext_ram_bus 外部存储器总线;
l Ext_ram 外部RAM接口;
l Ext_flash 外部flash接口;
l Uart通用异步接纳发送器，完结RS_232接口;
l Jtag_uart 调试用接口;
3.2 软件完结
轿车行进记载仪的各种使用功用是由C/C++言语编写的软件程序来完结。在Nios II IDE中新建一个工程时，体系会针对方针硬件渠道主动生成硬件笼统层的使用程序接口(HAL API)供程序编写人员调用。
轿车行进记载仪的作业进程如下：
1.轿车行进进程中，记载仪每0.2秒收集并记载事端疑点数据;每分钟记载行进状况数据;在记载的进程中要记载最高车速。
2. 轿车停驶时，记载仪并没有中止作业，但此刻不进行数据的收集和记载。在泊车进程中，分析仪可以收集记载仪的数据。
3.车辆，驾驶员基本信息采纳体系初始化时预置进记载仪的方式。
4.记载仪是否收集数据用钥匙门操控，接纳到钥匙门发动车辆的信号，记载仪开端记载;接纳到钥匙门的熄火信号，中止记载。
5.记载仪掉电，备份数据，中止作业。
依据上述记载仪的作业进程，软件程序全体流程规划如图2所示。
图2 轿车行进记载仪作业全体流程图
定论：本文所介绍的新一代轿车行进记载仪，选用了依据嵌入式处理器Nios II的SOPC规划技能，可以更完好，更准确，更多样化的记载轿车内行进进程中的各种数据，契合国家规范，获得了较满足的作用。在规划进程中很多复用老练的IP软核，很大程度上进步了体系的稳定性，大大节省了体系开发时刻，充分体现了IP复用技能带来的优点。
参考文献
1 任爱锋 初秀琴 常存 孙肖子. 依据FPGA的嵌入式体系规划. 西安:西安电子科技大学出版社,2004年10月
2 彭澄廉 周博等. 应战SOC– 依据Nios的SOPC规划与实践. 北京:清华大学出版社.2004年7月
3王金明 杨吉斌. 数字体系规划与Verilog HDL. 北京：电子工业出版社， 2003年6月
4 GB/T 19056—2003 轿车行进记载仪国家规范
5朱运航 李雪东. 依据IP核复用的SoC规划技能讨论. 微计算机信息. 2006 年3-2. 2
6 司利增. 轿车计算机操控. 北京 公民交通出版社，2000年2月
