Σχεδιασμός και υλοποίηση συστήματος σε προγραμματιζόμενη ψηφίδα (System-on-a-chip) με βάση τον επεξεργαστή Nios II

Abstract

Σκοπός αυτής της πτυχιακής είναι η αποτύπωση διακριτών, εύκολα επαναλαμβανόμενων οδηγιών για την υλοποίηση ενσωματωμένου συστήματος σε προγραμματιζόμενη ψηφίδα με χρήση του software επεξεργαστή Nios II της Altera, για την επικοινωνία αυτού μέσω σειριακής θύρας και του προγραμματισμού του. Εξερευνήθηκαν οι μεθοδολογίες σχεδιασμού υλικού (Quartus II, SoPC Builder, Qsys) και λογισμικού (Nios IDE, Nios II SBT for Eclipse) και το πως αυτές με μια συνδυαστική σχεδιαστική προσέγγιση απαντούν στις σύγχρονες ανάγκες σχεδιασμού συστημάτων. Επιτεύχθηκε η δυνατότητα προγραμματισμού επί των περιφερειακών του και της επικοινωνίας αυτών μέσω της σειριακής θύρας και μιας host εφαρμογής στον υπολογιστή (εφαρμογή που υλοποιήθηκε σε C++ με χρήση του Qt5). Τμήματα της πειραματικής διαδικασίας αποτελούν ο προγραμματισμός του επεξεργαστή Nios II, η διαδικασία επιλογής περιφερειακών, η ενσωμάτωση του συστήματος και η διαμόρφωση της προγραμματιζόμενης ψηφίδας απαντώντας σε αρκετά σχεδιαστικά προβλήματα. Παρουσιάζεται στη συνέχεια η υλοποίηση εφαρμογής σε ανώτερη γλώσσα προγραμματισμού C/C++ η οποία εκτελείται στον επεξεργαστή επιτελώντας βασικές λειτουργίες επί των περιφερειακών και αξιοποιώντας τη σειριακή επικοινωνία. Τέλος, υλοποιήθηκε Host εφαρμογή σειριακής επικοινωνίας σε C++ για τις ανάγκες επικοινωνίας με το ενσωματωμένο σύστημα.

The purpose of this project was to imprint discrete, easily repeatable instructions for implementing embedded systems on a programmable chip using the Nios II software processor of Altera, as well as communicating via his serial port and create algorithms to be executed on the processor. Methodologies were explored regarding hardware design (Quartus II, SoPC Builder, Qsys) and software tools (Nios IDE, Nios II SBT for Eclipse) in order to understand how they meet the needs of modern embedded system design interdependent process. We achieved to program Nios II peripherals and communicate with them via the serial port and a host computer application (an application that was implemented in C + + using the Qt5). Parts of the experimental procedure were programming the processor Nios II, the process of selecting peripherals, system integration and configuration of the programmable chip while answering several design problems. Afterwards the implementation of applications in a higher programming language (C/C++) are introduced. These applications are executed on the processor performing basic operations on peripherals using the serial communication. Finally a host application for serial communication was implemented in C++ fulfilling the purpose of communication with the embedded system.