基于Nios Ⅱ嵌入式軟核多處理器系統研究

　　3.5 共享外設資源

　　多個處理器共享外設存在嚴重的問題。共享外設的最大的問題是中斷，如果允許一個外設中斷且所有處理器共享它，沒有可靠的方法保證哪一個處理器首先響應中斷且為哪個外設服務。此外，如果外設是用來作為多處理器的輸入設備，很難確定哪個處理器應該從設備中接受輸入信息。Nios Ⅱ多處理器系統共享外設資源的方式，是系統中的外設僅被一個處理器訪問，如果其他處理器需要使用外設，最好是使用硬件先進先出(FIFO)或消息緩沖區互斥保護。創建多處理器系統時，僅對需要通信的處理器和外設之間進行連接。例如，如果一個處理器運行僅使用一個片上存儲器，該處理器沒有必要與系統中任何其他存儲器連接。處理器與存儲器的分離，不使用物理斷開連接，這樣可節約FPGA資源，保證處理器不會破壞存儲器的數據。

　　共享資源多處理器與各種組件連接是設計中的關鍵環節，要驗證每個處理器及所需組件的連接是否正確。多數組件最好是由單一的處理器管理。例如處理器A要求一個外設的服務，而該外設與處理器B連接并由處理器B 管理，處理器A 要求對該外設進行操作，處理器A 必須請求處理器B.這樣可以使用處理器互斥保護的共享片上存儲器，用于個兩處理器之間的通信，達到多處理器共享外設的目的。

　　在多處理器系統中，每個從外設可以占據相同的基地址不會發生沖突，只要每個外設是被不同的處理器控制。因為每個從外設不必一定被每個處理器控制。如果處理器A被連接到映射地址為0x00008a00的一個從外設，處理器B也可以被連接到映射地址0x00008a00另一個從外設，只要處理器A是沒有連接到處理器B的從外設，處理器B 沒有連接到處理器A 的從外設，不會因為從外設占據相同的基地址而發生沖突。圖4方框圖顯示多處理器系統中不同的從外設組件映射到同一個基地址的示例。

　　4 系統調試及軟件設計

　　Nios Ⅱ SBT for Eclipse 工具包括了許多功能，它可以進行Nios Ⅱ多處理器系統的軟件開發。能同時對多個Nios Ⅱ處理器進行調試會話，也可單獨暫停和恢復每個處理器的運行，單獨設置每處理器的斷點。如果一個處理器遇到一個斷點，它不會停止或影響其他處理器的操作。Nios Ⅱ SBT for Eclips對多個處理器系統具有可同時進行在片調試的能力。

　　系統軟件設計應注意的問題，在設計Nios Ⅱ多處理器系統的軟件時，必須要考慮系統硬件結構的特點以及啟動地址和異常地址的設置。設計調試運行多處理器系統軟件與單處理器系統相似，一定要清楚每個處理器的復位地址、異常地址，CPUID寄存器的值以及存儲器的類型。多個處理器使用同一個程序存儲器，而每個處理器的程序必須存放在不同的區域，用異常地址為每個處理器存放程序確定內存區域，使用QSYS為每個處理器設置異常地址。

　　5 結語

　　SoPC技術的出現帶來全新的嵌入式處理器硬件的設計理念，使得設計嵌入多處理系統硬件電路的有了多種方法和途徑。實例Nios Ⅱ嵌入式軟核六處理器系統的方案具有一定可行性和實用性。如何提高嵌入式多個處理器系統的效率，實現資源的最佳配置，簡化系統結構、降低成本和功耗，怎樣合理選擇時鐘、I/O、其他外設等問題有待進一步研究解決。