基于Nios II软核的多核处理器系统的设计与实现

　　重要的是，在系统中互斥核Mutex本身无法从物理上防止共享资源被处理器同时访问，而提供此功能是我们所编写的软件程序。在获得相关共享资源前，软件总是询问并获得Mutex核。

　　2.2 软件设计

　　本设计中，两个处理器的软件程序都拥有自己独有的一段存储空间，这些存储空间都位于同一个物理存储设备SDRAM上，如图3所示，第一个处理器使用SDRAM中0x0到0x1FFFF之间的地址空间，第二个处理器使用0x20000到0x2FFFF之间的地址空间，并且以异常地址作为边界。

　　异常地址是程序加载的地址，决定着哪个处理器的软件程序可以占据空间基地址运行。Nios II IDE负责链接处理器的软件设计并映射到存储器中，并为每个处理器提供其独有的段空间来运行软件设计。对于每个处理器来说，有五个主要的代码段需要映射到存储器的固定地址中：.text，存放实际执行的代码;.rodata，存放实际执行代码中所使用的常量;.rwdata，存放读写变量和指针;Heap，自动分配的空间;Stack，存放函数调用的参数和其他临时的数据。

　　同时在双处理器系统中，每个处理器都必须从自己的启动存储空间来启动。启动存储器和程序存储器一样也能被分区，只需在存储器上设置每个处理器的复位地址就可以。

　　3 系统软硬件实现

　　SopcBuilder是Altera公司提供的一款图形化系统设计实现工具，内嵌于Quartus II软件中。利用SopcBuilder实现的双核系统如图4所示，包括了两个Nios II软核处理器以及其他内外设，连接关系表现了系统组件如何通过Avalon总线构成一个可以工作的系统。系统配置对每个系统组件分配了基地址，以实现Avalon总线对组件的访问。

　　对于利用SopcBuilder生成的双核系统，通过JTAG接口下载配置到Altera的FPGA开发板上，然后在Nios II IDE中调用HAL API函数开发C 语言应用程序就可以在FPGA开发板上运行，以此来验证所设计的多核系统是否能够正确运行。本文利用Altera公司提供的例程hello_world_multi，再将其修改后，各个处理器通过交替获得Mutex的所有权，执行相同的程序，并将处理数据存储在片上共享存储器上，最终通过CPU_1的JTAG_Uart打印到Nios II IDE终端。图5为验证程序的运行结果在Nios II IDE输出窗口的打印，可以看出，两个核都能通过Mutex获得外设的控制权，表明系统配置成功且能正确运行。

　　结语

　　本文根据SOPC技术利用Quartus的SopcBuilder构建硬件平台，利用Nios II IDE运行软件程序，实验结果表明：软硬件设计正确，系统能正常运行。同时，本设计为双核以上的多核系统的设计提供了理论基础。