一种可扩展的SOPC系统板设计与实现

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雅宝题库解析：
目前，FPGA芯片的集成度越来越高，基于FPGA的SOPC系统，以其灵活性、可编程性等优点而备受青睐。本文的目标是基于SOPC技术设计并实现一套实验系统，包括系统板和片上系统两部分，为计算机硬件课程的教学实验提供了一个基础平台。本文设计并实现了一块基于FPGA的可扩展系统板，采用Altea公司的Cyclone III EP3C120F780作为主芯片，可连接子卡进行功能扩展。系统板采用分离式结构设计，将电源系统和功能电路分为两个独立的部分：电源板和功能板。电源板对直流电源的输入电压进行转换，为功能板上的各个器件提供工作电压。功能板提供FPGA的配置下载电路和外围资源电路，包括：时钟系统、接口系统、用户IO系统和外部存储器系统。以系统板为硬件平台，本文设计并实现一套名为COCOA的片上实验系统，构成了完整的SOPC实验系统。COCOA系统由三个部分构成：处理器、系统桥和外部设备控制器。处理器采用MIPS架构，使用多周期数据通路，支持绝大部分整型指令。处理器和外部设备之间的通信通过系统桥来完成，系统桥使用WISHBONE互联协议与外部设备相连，屏蔽了系统中各类外部设备间的差异，为处理器提供了一个简洁抽象接口。本文设计并实现了UART、SRAM、Flash等外部设备控制器。最后，本文设计了几个实验，在系统板上运行COCOA系统，验证了整套SOPC实验系统的基本功能。