nios ii 系统架构

1. NIOS II 处理器架构

2.NIOS II 3中运行模式

3. 寄存器文件

4. 异常和中断处理

5. 高速缓冲cache

6. 紧耦合存储器TCM

1. NIOS II 处理器架构

采用哈佛结构，数据总线和指令总线分开。

为提高整体性能，NIOS II内核不仅可以集成数据cache和指令cache，还带有紧耦合存储器TCM接口。TCM可以提高处理器性能，也可以获得可预测的实时响应。

NIOS II把外部硬件的中断交给中断控制器管理，内核异常事件交给异常控制器管理。

支持两种复位信号，reset, cpu_resetrequest：reset是一个强制处理器核立即进入复位状态的全局硬件复位信号。cpu_resetrequest是一个可以让CPU复位但不影响NIOS II系统其它外设的局部复位信号。

CPU复位后，NIO II处理器将执行以下操作：

1）清楚状态寄存器status，使之为0X0；（目的是为了使处理器进入超级用户模式并禁止赢硬件中断）

2）指令cache与程序存储器的关联被置为无效，处理器从固态程序存储器（比如falsh）中的reset地址处获取第一条指令；

3）从复位地址处开始执行程序。（复位地址在系统生成时指定）

2.NIOS II 3中运行模式

用户模式、超级用户模式、调试模式。

用户模式时超级用户模式功能访问的一个子集，它不能访问控制寄存器和一些通用寄存器。

超级用户模式，除了不能访问与调试有关的寄存器（bt, ba, bstatus）外，无其它访问限制。通常系统程序代码运行在此模式下。

调试模式拥有最大的访问权限，可以无限制地访问所有的功能模块。

3. 寄存器文件

NIOS II 的寄存器文件包括32个通用寄存器和6个控制寄存器，NIOS II结构允许将来添加浮点寄存器。

6个控制寄存器，它们的读写访问只能在超级用户模式（supervisor model）由专用的控制寄存器读写指令（rdctl wrctl）实现。

status 状态寄存器：

PIE- 外设中断允许位：1表示允许外设中断，0表示禁止外设中断；

U- 反应计算机当前状态：1表示处于用户态，0表示处于超级用户态。

estatus、bstatus 都是status寄存器的影子寄存器：

发生断点或者异常时，保存status寄存器的值；

端点或异常处理返回时，恢复status寄存器的值。

ienable：中断允许寄存器，每一位控制一个中断通道，例如：

第0位为1，表示允许第0号中断发生；

第0位为0，表示禁止第0号中断发生。

ipending 中断发生标志位，每一位反应一个中断发生，例如：

第0位为1，表示第0号中断发生；

第0位为0，表示第0号中断未发生。

cpuid 此寄存器中装在着处理器的ID号，该ID号在生成NIOS II 系统时产生可作为多处理器系统分辨CPU的标识。

4. 异常和中断处理

中断控制器，NIOS II支持32个外部硬件中断。

异常控制器，包含软件陷阱异常、未定义指令异常及其它异常。软件陷阱异常是需要操作系统服务时常用到，操作系统的异常处理程序判断产生软件陷阱的原因，然后执行相应任务。

当异常发生后，处理器将依次完成以下工作：

5. 高速缓冲cache

6. 紧耦合存储器TCM