● 摘要
随着计算机技术和微电子技术技术的发展，嵌入式系统的设计不断向片上系统(SoC)的方向发展，而基于FPGA的可编程片上系统(SOPC)以其设计灵活、可裁剪、软硬件可编程等特点和优势，深受设计者青睐，然而目前国内相关方面的研究和应用相对较少，所以对可编程片上系统进行研究就有着比较重要的意义。本文首先探讨了嵌入式系统的现状和SOPC的设计特点，研究了设计IP复用技术与SoPC的设计技术，进而着重研究分析了一种嵌入式微处理器NIOS的结构特点，并应用其在FPGA内实现了一种面向图像处理应用的嵌入式系统，并实现了USB接口IP软核的设计仿真。结合图像处理系统中对数据处理速度要求高，对可编程片上系统进行了研究，与硬件算法相结合，在FPGA内设计实现了一种嵌入式系统，同时结合近年USB总线技术的发展，研究USB2.0协议，按照IP核的设计流程，设计了一种USB IP核。文中先对USB IP进行功能划分，然后对物理层模块和层模块分别进行设计，详细介绍了设计过程，给出了设计流程图和仿真波形图。由于是在FPGA上开发IP核，使用更为灵活，方便升级和扩展。研究设计了一种基于USB的模块化、可重构、可扩充的数控系统直接数字通信结构。在单片FPGA上综合了USB通信、实现了高速、多点的数据传输和数据监控等功能。