嵌入式系統一般由嵌入式微處理器、外圍硬件設備、嵌入式操作系統以及用戶應用程序四部分組成，其發展主要體現在芯片技術的進步上，以及在芯片技術限制下的算法與軟件的進步上。隨著芯片制造技術的發展，嵌入式系統的結構也隨之發生了重大變革，從基于微處理器的嵌入式系統到基于微控制器的嵌入式系統，繼而將可編程邏輯PLD(Programmable Logic Device)技術引入到嵌入式系統設計中，進而又發展到SoC(System on Chip)，最終將PLD與嵌入式處理器結合而成為SoPC(System on
Programmable Chip)，使得SoPC成為嵌入式系統設計的一個發展趨勢。
本文采用SoPC內嵌32位的軟核處理器Nios，實現了一個UART串行口和以太網接口的轉換器(以下簡稱轉換器)，并基于Microtronix公司針對Nios處理器移植的μClinux開發了應用程序．其系統結構如圖l所示。

1 基于SoPC的嵌入式硬件平臺構建
不同于基于處理器或控制器及SoC的嵌入式系統，基于SoPC的嵌入式系統具有可配置的特點，不會包括任何專用外設，而是可根據需要靈活地在一片FPGA中構造外設接口。
基于SoPC的嵌入式系統主要由1片核心芯片SoPC和片外器件，以及一些相關的接口設備組成。本文所要實現的轉換器采用Altera公司的Cyclone芯片及外圍電路組成，其中外圍電路包括2片512 KB的SRAM、l片8MB的Flash、UART電子轉換器和1片以太網控制器LAN91C111。系統電路框圖如圖2所示。

SoPC芯片內嵌軟核處理器Nios。在SoPC芯片中，除了CPU外，可配片上ROM、內部定時器、UART串行口、SRAM、Flash接口等系統部件。這些部件均以可編程邏輯部件的形式實現，芯片內部部件結構圖如圖3所示。CPU和所有部件通過Avalon總線連接在一起。

SoPC芯片內系統模塊和Avalon總線模塊均由SoPCBuilder工具自動生成，利用Qualtus II集成開發環境可實現芯片內的邏輯設計及其引腳定義。經編譯生成后綴為.sof的硬件映像文件，通過ByteBlasterII線纜下載到目標板的Cyclone芯片中，或將.sof文件轉換成.flash文件，下載到目標板的Flash中。這樣就完成了轉換器的硬件設計。

2 基于μClinux的SoPC應用程序開發
應用程序的開發可在硬件平臺上直接進行，但需了解所有硬件部件的細節，并編寫相應的驅動子程序，其軟件設計難度及工作量大，且可移植性差。基于嵌入式操作系統的應用程序，其所有的硬件細節均對用戶屏蔽。對硬件進行直接控制的底層驅動程序均封裝在操作系統內，通過設備驅動程序接口來完成，用戶只需在高層通過操作系統所提供的系統調用進行編程。μClinux是針對控制領域的嵌入式Linux操作系統，適合如Nios處理器等不具備內存管理單元(MMU)的微處理器／微控制器。基于操作系統進行開發，需將操作系統加載到硬件平臺中，μClinux可以以部件的形式集成到SoPC系統中。
2.1 加載μClinux系統的步驟
將μClinux加載到SoPC目標板上時需提供一個交叉編譯環境，硬件要求具有一個串口的PC工作站、基于Nios處理器的SoPC目標板和ByteBlasterMV線纜等。軟件需求WindowsNTv4.0、Windows2000或WindowsXP、Altera Nios開發包NDK 3.0中所提供的Nios GNUPro工具、Ahera Nios開發包所提供的cygwin安裝，以及Quartus II可編程邏輯開發工具V2.2等。
2.1.1 創建和裝載內核映像
創建和裝載μClinux映像文件在Linux DeveloperBash環境下進行，首先需按下列步驟配置和構建內核。
[Linux Developer]…μClinux／：cd linux
[Linux Developer]…linux／：make xconfig
[Linux Developer]…linux／：make clean
[Linux Developer]…1inux／：make dep
[Linux Developer]…linux／：make
[Linux Developer]…μClinux／：make linux.flash
生成的linux.flash文件即為μClinux內核映像。當SoPC目標板加電，片內ROM中的GERMS監控程序運行后，在[Linux Developer]…μClinux／：下鍵入nios-runlinux.flash，即下載linux.flash文件到目標板上，完成內核映像的加載。
2.1.2創建和裝載根文件系統
除了裝載內核外，還需裝載根文件系統。μClinux采用romfs文件系統，這種文件系統相對于一般的ext2文件系統要求更少空間。
在主機上Linux的target目錄表示在μClinux下的根(root)目錄。當前的腳本和工具可將target目錄轉換成映像文件(romdisk.flash)，按如下步驟創建：
[Linux Developer]…μClinux／：make clean_target
[Linux Developer]…μClinux／：make romfs
然后鍵入以下命令：
[Linux Developer]…μClinux／：nios-run romdisk.flash
即將romdisk.flash文件下載到目標板上，完成μClinux的根文件系統的加載。
2.1.3 加載應用程序
用戶應用程序可通過target