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嵌入式系统论文
采用Nios定制指令的嵌入式系统优化设计
摘要：Altera公司的Nios软核处理器以其低成本，设计灵活等特点，在嵌入式应用领域
得到广泛的应用。采用Nios处理器的定制指令，可以把用户自定义的功能直接添加到Ni
os
CPU的算术逻辑单元中，加快专项任务的执行，以达到优化目的。本文在阐述Nios定制指
令设计的基础上，给出相应的设计例子说明。
关键词：Nios软核 定制指令 嵌入式处理器MP3
引言
Nios处理器是Altera公司推出的一个32/16位精简指令信处理器软核。在Altera公司
推出的软件SOPC中加载Nios核
和相应的外围接口以及与定义相应的自定义指令，然后对设计进行综合，下载到FPGA中
就可以方便地一个具有特定功能的嵌入式处理器。这种设计思路增加了系统设计的灵活
性，加快系统运行速度，缩短产品研发和上市时间。
由硬件实现复杂的算法通常比软件实现更高效。利用Altera的Niso嵌入式处理器的定
制指令，可以把用户自定义的功能直接添加到Niso
CPU的算术逻辑单元（ALU）中（见图1），来加快专项任务的执行，从而达到系统优化的
目的。因此，设计者可以针对关键的内部循环和耗时算法，创建Nios嵌入式处理器的定
制指令，把复杂的顺序指令简化为硬件实现的单指令，这样就能够大大提高系统性能。
例如，Nios
CPU执行浮点乘法运算要2800多个时钟周期；而浮点乘法的定制指令采用了浮点单元（F
PU），执行只需19个时钟周期。
1 定制指令
定制指令为Nios处理器的算术逻辑单元增加了定制逻辑，设计者通过定制指令，用快
速高效的定制逻辑块替代复杂耗时的软件程序。在一个CPU中，可以运行多达五个组合或
时序定制模块，还可以访问Nios系统模块外的存储器和/或逻辑。定制逻辑模块在两个寄
存器Ra和Rb内容的基础上执行用户定义的操
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