在【原創(chuàng)】SOPC用戶自定義指令設(shè)計之軟件篇??和【原創(chuàng)】SOPC用戶自定義指令設(shè)計之硬件篇 中分別講述了自定義指令在軟件和硬件設(shè)計中的規(guī)范，在本文中，將給出一個具體的實(shí)例，以具體說明自定義指令的強(qiáng)大功能。

l???????? 自定義指令添加

在當(dāng)前工程文件夾下建立ip文件夾（當(dāng)前工程目錄下的ip文件夾是SOPCBuilder的ip默認(rèn)搜索路徑之一），將自定義指令設(shè)計文件放入該ip文件夾下。

打開SOPCBuilder，添加Nios II Processor，點(diǎn)擊Custom Instructions，在點(diǎn)擊左下角的import…，彈出component editor窗口。

在component editor中選擇HDL Files標(biāo)簽，點(diǎn)擊Add…，選擇自定義指令設(shè)計文件目錄，添加文件。選擇Synth的復(fù)選框，因?yàn)檫@里不進(jìn)行仿真，不選Sim下面的復(fù)選框，選擇CRC_Custom_Instruction.v為頂層文件。

選擇Signals標(biāo)簽，將所有接口指定為nios_custom_instruction_slave_0接口，在默認(rèn)情況下，clk和reset為clock_reset接口，必須將其改為nios_custom_instruction_slave_0，否則在添加指令時會將該擴(kuò)展自定義可變多周期指令認(rèn)成組合邏輯指令，在SOPC generate時會出錯。

選擇Intefaces接口，點(diǎn)擊remove intefaces with no signal刪除多余的clock_reset接口，由于該指令只需要一個輸入變量，將Operand設(shè)置為1，該指令為可變周期指令，將clock cycles設(shè)置成0。

選擇Component Wizard標(biāo)簽，填寫如下信息，在Parameters中會顯示自定義指令中使用的參數(shù)，如果勾選Editable，則可以在添加指令是設(shè)置這些參數(shù)的值。

點(diǎn)擊Finish…完成指令的添加，此時會在自定義指令設(shè)計文件夾下生成文件CRC_Custom_Instruction_hw.tcl，該文件包含了SOPCBuilder所需的該自定義指令的所有信息。

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l???????? 自定義指令集成進(jìn)Nios II處理器

重新打開添加的CPU，選擇Custom Instructions，此時可以看見在左邊欄中出現(xiàn)剛才添加的自定義指令CRC_Custom_Instruction。

選擇CRC_Custom_Instruction，點(diǎn)擊Add…，在右邊欄出現(xiàn)添加的自定義指令，雙擊name改名為CRC，clock cycles顯示為Variable，表明該指令為可變周期指令，N Port顯示為N[2:0]，表明該指令為擴(kuò)展指令，用3bit來指定指令執(zhí)行什么功能，Opcode Extension表明該指令所使用的指令序號（分別用二進(jìn)制和十進(jìn)制加以顯示），軟件調(diào)用時就是指令序號來選擇具體實(shí)現(xiàn)哪條指令，硬件篇曾提到Nios II支持256個自定義指令，這條擴(kuò)展指令有8個不同功能，因此占用了0~7的序號。點(diǎn)擊Finish，完成指令的集成。

集成完后，在SOPCBuilder面板中單獨(dú)列出該指令，提示需要為指令指令clk，我們將其指定為與CPU相同的clk，此時指令在面板中消失，已經(jīng)集成進(jìn)了CPU。

?????? 為了測試該指令，我們建立如下SOPC系統(tǒng)。

l???????? 軟件調(diào)用

建立基于上述硬件系統(tǒng)的軟件工程，在軟件中分別用自定義指令進(jìn)行CRC運(yùn)算以及用純軟件進(jìn)行CRC運(yùn)算，比較兩個所需的時間。運(yùn)行結(jié)果如下：

+-----------------------------------------------------------+

| Comparison between software and custom instruction CRC32? |

+-----------------------------------------------------------+

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System specification

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System clock speed = 50.0 MHz

Number of buffer locations = 8

Size of each buffer = 256 bytes

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?

Initializing all of the buffers with pseudo-random data

-------------------------------------------------------

Initialization completed

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Running the software CRC

------------------------

Completed

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Running the optimized software CRC

----------------------------------

Completed

?

?

Running the custom instruction CRC

----------------------------------

Completed

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?

Validating the CRC results from all implementations

----------------------------------------------------

All CRC implementations produced the same results

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?

Processing time for each implementation

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Software CRC = 22.93 ms

Optimized software CRC = 15.01 ms

Custom instruction CRC = 0.35 ms

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?

Processing throughput for each implementation

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Software CRC = 0.71 Mbps

Optimized software CRC = 1.09 Mbps

Custom instruction CRC = 47.09 Mbps

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?

Speedup ratio

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Custom instruction CRC vs software CRC = 65.9

Custom instruction CRC vs optimized software CRC = 43.1

Optimized software CRC vs software CRC= 1.5

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結(jié)果顯示自定義指令運(yùn)行速度是純軟件的65.9倍，是優(yōu)化后軟件的43.1倍，體現(xiàn)出了自定義指令明顯的優(yōu)勢。