来源：微计算机信息 作者：郭文彬 孙智权 赵不贿 徐雷钧

    摘要：niosii是altera公司推出的第二代ip软核处理器，它与其他ip核构成了sopc系统的主要部分。用户可以通过自定义逻辑的方法在sopc设计中添加自己开发的ip核。这种用户自定义逻辑具有灵活高效等特性，充分体现了sopc设计的优越性。本文简要介绍了niosii设计架构，然后通过一个usb控制器的接口模块设计实例，详细介绍了niosii设计中用户自定义逻辑的实现方法和效果，同时给出了对usb控制器sl811hs的底层读写函数。

    关键词：接口电路，嵌入式系统，niosii，用户自定义逻辑，sl811hs

    1.引言

    随着电路规模越来越大，片上系统（soc）已经成为ic设计的发展趋势，相应地也有了更加灵活的片上可编程系统（sopc）。nios ii cpu是一个基于流水线设计的通用risc微处理器，拥有五级流水线和指令与数据内存分开的哈佛结构，具有可配置功能。用户可以根据需求在sopc builder中增减ip核，从而实现资源优化。为了构建一个更简洁高效的片上系统，用户可以自行开发ip组件，作为用户自定义逻辑添加到avalon总线[1]。avalon总线是一种结构相对简单的总线，用于连接nios ii和其他外设。它规定了主从部件间的端口连接关系，以及部件间通信的时序关系。

    avalon总线拥有多种传输模式，以适应不同外设要求。基本传输模式是在主从外设之间进行单字节，半字或字的传输。avalon总线还支持一些高级传输模式，例如支持流操作，支持延时操作，支持多个主设备同时访问。

    2.用户自定义逻辑模块设计流程

    通常来说，eda厂商及第三方提供的ip核都是通用的，但进行sopc设计时，用户可能有特殊需求，这时必须使用用户自定义逻辑来实现所要的功能。sopc builder集成在altera公司的eda工具quartus ii中。用户可以通过sopc builder提供的图形用户界面从altera公司提供的ip库中选取一些组件，如nios ii，dma，sram，flash等等，根据实际需要设置这些ip的配置参数。用户还可以自己编写hdl代码模块作为用户自定义逻辑方便地添加到sopc builder中，设计流程如图1所示。

    图1 sopc设计流程

    3.usb接口模块的添加

    这里以常用的usb控制芯片sl811hs为例详细介绍如何在nios ii中添加用户自定义模块。图2是系统结构图。

    3.1 usb控制芯片介绍[2]

     sl811hs 是cypress 公司的嵌入式usb host/slave 接口芯片，支持usb1.1 的全速和低速设备。提供usb 主机的硬件接口及总线管理机制，片内集成sie、usb 收发器和根hub，能够完成嵌入式usb 主机所需的功能。

     sl811hs的地址和数据均通过ad[7..0]分时传输，通过a0（数据/地址选择线）电平的高低加以区分，当a0置为低电平时，ad[7..0]上传输的是sl811片内寄存器/缓冲区的地址；反之高电平则为数据。nwr、nrd、ncs、nrst分别为写控制线、读控制线、片选线和复位线，均是低电平有效，nios ii通过这几根控制线完成对sl811hs片内缓冲区读写、片选和复位等操作。intrq是中断请求信号线。当sl811hs检测到外设插入、拔出或者数据发送错误、超时、数据溢出等异常情况时，通过将intrq置高电平通知nios ii。

     3.2 usb接口模块设计

     avalon总线为用户提供了非常友好的接口，使得系统搭建时的一些细节问题得到屏蔽，大大减轻了系统搭建的工作量。在sl811hs与avalon总线的接口转换verilog代码中，只需建立sl811hs端口与avalon总线端口的映射关系即可。nios_intrq、nios_read_n、nios_write_n、nios_cs_n、nios_reset_n、nios_write_data[7..0]、nios_read_data[7..0]、nios_address分别对应niosii中的中断、读、写、片