Nios® II 处理器

Nios ® II 处理器是全球最通用的处理器。Gartner 研究指出,它是 FPGA 行业中应用最广泛的软核处理器。Nios® II 处理器具有前所未有的灵活性,可满足您的成本敏感、实时、安全关键 (DO-254) 和应用处理需求。Nios II® 处理器支持所有英特尔® FPGA 和 SoC 产品家族。

系列变体

Nios® II/f“快速型”

英特尔专门设计 Nios® II/f“快速型”处理器以提高性能。

Nios® II/e“经济型”

英特尔专门设计了 Nios® II/e "经济型" 处理器内核,以使用最少的 FPGA 逻辑和内存资源。

新增特性

了解 Nios® II 处理器和 Nios II 嵌入式设计套件的全新特性。

处理器性能

设备的 DMIPS(Dhrystones 2.1 基准测试)最大频率

设备 Nios® II /e
经济型
Nios® II /f
快速型
Cyclone® IV GX 
DMIPS,以 MHz(Dhrystones 2.1 基准测试)表示

175 MHz 时为
30

165 MHz 时为
190
Cyclone V GX 
DMIPS,以 MHz(Dhrystones 2.1 基准测试)表示

220 MHz 时为

33

170 MHz 时为

192

Arria® V GX 
DMIPS,以 MHz(Dhrystones 2.1 基准测试)表示

250 MHz 时为

37.5

200 MHz 时为

226

英特尔 Arria I0 GX 
DMIPS,以 MHz(Dhrystones 2.1 基准测试)表示

350 MHz 时为

52.5

270 MHz 时为

305

Stratix®
DMIPS,以 MHz(Dhrystones 2.1 基准测试)表示
420 MHz 时为
54
350 MHz 时为
385

优势

Nios® II 嵌入式处理器提供了理想的嵌入式解决方案。

灵活性

Nios® II 处理器将 CPU、外设、内存接口和定制硬件外设完美地组合,旨在满足每个新设计周期的特殊要求,提供了您需要的出色灵活性:

较长的生命周期

Nios® II 处理器能够在产品生命周期的每一阶段提供显著优势,帮助产品开发人员获得最大的产品回报。

低成本

Nios® II 嵌入式处理器提供了非凡的成本灵活性,使您能够根据自己的应用选择合适的处理器、外设、内存和接口组合,而不必购买不需要的功能。

高性能

Nios® II 处理器非常灵活,帮助您获得嵌入式设计所需的性能,而不必购买时钟频率较高、功耗较大而又昂贵的商用处理器。

JTAG 调试模块

Nios® II 处理器架构支持 Joint Test Action Group (JTAG) 调试模块,提供由主机 PC 远程控制处理器的片内仿真功能。

硬件加速

与硬件加速器相似,定制指令支持 Nios II 处理器设计人员将部分软件代码转移至硬件功能中,从而提升了系统性能。

Nios® II 处理器内核

与其他软核处理器相比,世界上越来越多的设计人员使用了 Nios® II 嵌入式处理器,该处理器一直是 FPGA 设计的业界标准处理器。

特性

什么使 Nios® II 处理器成为全球最通用的处理器?

单周期硬件

乘法和桶形移位器

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定制指令

多达 256 条定制指令,不受限制的硬件加速器

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外部矢量中断控制器

每控制器最多获得 32 个中断。

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单独的指令和数据缓存

可配置 512 字节至 64 KB

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达到最大的 DMIPS

最高六级管线,以达到每 MHz 的最大 DMIPS (Dhrystones 2.1 基准测试)

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设计工具

Nios® II 嵌入式设计套件 (EDS) 是针对 Nios® II 软件设计提供的全面的开发包。

应用

应用

Nios II
处理器内核

 

厂商

 

描述

对功耗和成本敏感 Nios II 经济型内核 英特尔 Nios II 经济型处理器内核的逻辑元件只有 600 个,是微控制器应用的理想选择。Nios II 经济型处理器内核、软件工具和设备驱动程序均为免费提供。
实时 Nios II 快速型内核 英特尔

严格确定的无抖动实时性能,具有独特的硬件实时功能选项

  • 矢量中断控制器
  • 紧密耦合内存
  • 定制指令
    (能够使用 FPGA 硬件加速功能)
  • 由行业领先的实时操作系统 (RTOS) 提供支持
  • Nios II 处理器是一款理想的实时处理器,可与基于 DSP Builder 的硬件加速器配合使用,提供确定性的高性能实时结果
应用处理 Nios II 快速型内核 英特尔 凭借一个简单的配置选项,Nios II 快速型处理器内核可以使用内存管理单元 (MMU) 运行嵌入式 Linux* 操作系统。提供 Nios II 处理器的 Linux 开源版本和商业支持版本。

英特尔 FPGA 嵌入式联盟

应用 Nios II 处理器内核 厂商 描述
关键安全 Nios II SC 内核 HCell 使用 Nios II 关键安全处理器内核和 HCell 提供的 DO-254 合规设计服务,验证您的设计是否符合 DO-254 标准。

锁步

双核

锁步解决方案 英特尔 利用 Nios II 处理器的灵活性和英特尔锁步技术,为系统提供完全符合功能安全标准 IEC 61508 和 ISO 26262 的高诊断覆盖率、自检和高级诊断功能。

生态系统

嵌入式 IP 套件

Nios® II 处理器

如欲获取 Nios II 处理器无时间限制的新许可文件,您必须购买独立的 Nios II 处理器 IP 内核许可(订购码:IP-NIOS)。如欲续订许可,请获取一年期续订许可(订购码:IPR-NIOS)。您还可以购买包含常用嵌入式 IP 内核许可的高价值捆绑包—嵌入式 IP 套件(订购码:IPS-EMBEDDED)。请联系您当地的英特尔代表或使用英特尔® 软件销售支持页面的联系人信息进行订购。更多订购信息请参见表 1。

嵌入式 IP 套件

嵌入式 IP 套装捆绑了英特尔最流行的嵌入式 IP 内核和软件。这款嵌入式 IP 套件包含嵌入式设计所需的所有构建模块,包括 Nios II 处理器、DDR/DDR2/DDR3 内存控制器、兼容 16550 的 UART 和一套完整的以太网解决方案(包含面向三速以太网的英特尔® FPGA IP)。嵌入式 IP 套件的价格为 995 美元。如果分开购买,内核和软件的价值总计高达 3,500 美元以上。请联系您当地的英特尔代表或使用英特尔® 软件销售支持页面的联系人信息进行订购。


若要通过 mySupport 获取 Nios® II 处理器的最新更新、特性、漏洞修复或技术服务,您的许可必须为最新版本。使用下列信息选择最符合您需求的知识产权 (IP) 内核许可。

入门

购买 Nios II 处理器的低成本评估或者开发套件,马上采用 Nios II 处理器开始您的设计。

发售采用了 Nios II 处理器的设计时,您需要为 Nios II 处理器购买许可

常见问题解答

Nios II 处理器常见问题解答

常见问题解答

常见问题解答

Nios II 嵌入式处理器产品家族是 Altera 推出的第二代软核嵌入式处理器解决方案。Nios II 处理器内核是 32 位 RISC 处理器,它具有共享的通用指令集结构,专门针对 Altera 的主流 FPGA 产品家族进行了优化。请参考 Nios II 处理器页面的详细信息。

Nios II 处理器为用户提供了 3 种不同的内核,以实现最大的设计灵活性,同时维持系统性能需求和逻辑元件 (LE) 使用之间的平衡。所有 3 款内核均包含在 Nios II 开发套件中,并且得到了 SOPC Builder 设计工具的支持。

 

Nios II 处理器产品家族包含以下内核:

Nios II/f(快速型)- 最高性能,中等 FPGA 利用率

Nios II/s(标准型)- 高性能,低 FPGA 利用率

Nios II/e(经济型)- 适中的性能,最低的 FPGA 利用率

通过将处理器实施为用硬件描述语言 (HDL) 编写的知识产权 (IP) 内核,您将获得一个合适的解决方案,因为您可以选择最能满足系统要求的外设、性能和处理器组合。硬核实施基本上是 ASIC,无法提供相同的灵活性;它们的部署时间过长,您无法从最新的制程技术中受益。另一方面,软核处理器可以立即迁移至最新的 FPGA 技术,如 Stratix® 或 Cyclone FPGA 系列。此外,基于微处理器的标准解决方案面临过时的问题,而基于 Nios II 的解决方案可防止过时,因为它们由可重新定向的 HDL 创建。

Nios II 处理器具有 32 位 RISC 指令集架构,而第一代 Nios 处理器具有 16 位指令集架构。相比 Nios 处理器内核,Nios II 处理器达到了全新的效率与性能水平,因为它消耗了更少的 FPGA 资源,同时提供了 4 倍的计算性能。Nios II 处理器还简化了处理器选择流程,提供了一系列针对特定价格(逻辑使用)和性能限制的预优化内核。

Nios II 处理器产品家族可用于需要 32 位通用嵌入式微处理器的广泛的应用。

Nios II 处理器得到了所有 Altera SoC、FPGA 和 HardCopy ASIC 的完全支持。

Nios II 处理器 IP 许可免版税且永久有效,这意味着用户能够一直使用 Nios II 处理器 IP 内核,在特定的设计或项目中,可使用的 Nios II 处理器在数量上不受限制。Nios II 处理器 IP 许可为用户提供了长达 1 年的 Altera mySupport 支持和特性更新。对于新特性和 Altera mySupport 协助,如果 ACDS 的两个版本中不存在 Nios II 处理器 IP 许可,用户必须对它们进行续订。

不支持。Synopsys® 提供了 Nios II DesignWare IP 内核,一款针对 ASIC 优化的 Nios II 处理器版本,可作为 DesignWare IP 套件的一部分,用于 ASIC 迁移。如欲了解更多详情,请直接联系 Synopsys。

Nios II 嵌入式设计套件 (EDS) 是创建基于 Nios II 处理器的微控制器和编写目标 Nios II 处理器系统所需的完整的开发工具套件。

多处理器系统是 Nios II 嵌入式处理器的主要优势之一。FPGA 结构的资源限制是对处理器内核数量的唯一限制。

Avalon® 接口规范用于主、从组件之间的通信。对于低延迟、点对点接口,Avalon 指定了简单的 Avalon 流接口 (Avalon-ST)。对于处理器主组件与外设从组件交互的接口,Avalon 指定了一个 Avalon 内存映射接口 (Avalon-MM)。

系统互联是用于连接主、从组件之间的逻辑。该逻辑可以是一个桥接、多路复用器或仲裁控制器。Qsys 自动生成系统互联逻辑,并有效连接主、从端口,支持多个主端口同时运行,这极大地提升了系统性能。

 

Avalon 系统互联是一个 Qsys 自动生成的定制互联。

Nios II 处理器产品家族提供了多数现代 32 位处理器中常见的基本架构元素,包括:

 

32 位指令大小

32 位数据与地址路径

32 个通用寄存器

32 个外部中断来源

可配置的指令高速缓存

配置的数据高速缓存

包含高达 256 条定制指令的常用接口

用于集成定制外设的通用接口

定制指令是用户添加的硬件模块,可增强 CPU 的算术逻辑单元 (ALU)。Nios II 处理器完全支持使用定制指令对您的系统硬件进行微调,以达到性能目标。您可以在系统使用的每个 Nios II 处理器中创建多达 256 条定制指令。类似于本地 Nios II 指令,定制指令逻辑可以收集来自多达两个源寄存器的值,并选择向目标寄存器回写结果。

Nios II 处理器软件开发套件根据系统硬件自动生成定制的 C/C++ 运行时环境。Nios II 嵌入式设计套件还提供了若干软件模板,可以在开发定制固件解决方案时,将其用作起始文件,这也简化了项目设置。

Altera 通过 Nios II EDS 提供了完整的软件调试解决方案,支持借助指令集仿真器 (ISS) 实现调试,或者直接在系统硬件中调试。硬件辅助调试模块支持在硬件中直接调试 Nios II 处理器系统。该调试模块特性丰富,并提供了运行控制、内存检查与修改、硬件断点、数据触发器和 IDE 控制下的处理器跟踪。

多家顶级嵌入式软件工具提供商提供了面向 Nios II 处理器产品家族的支持,并提供了操作系统、中间件、软件库、IDE、调试器、协同验证工具等。查看最新嵌入式工具提供商的完整列表。

文档和支持


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