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

l???????? 自定義指令添加

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

打開SOPCBuilder，添加Nios II Processor，點擊Custom Instructions，在點擊左下角的import…，彈出component editor窗口。

在component editor中選擇HDL Files標簽，點擊Add…，選擇自定義指令設計文件目錄，添加文件。選擇Synth的復選框，因為這里不進行仿真，不選Sim下面的復選框，選擇CRC_Custom_Instruction.v為頂層文件。

選擇Signals標簽，將所有接口指定為nios_custom_instruction_slave_0接口，在默認情況下，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展自定義可變多周期指令認成組合邏輯指令，在SOPC generate時會出錯。

選擇Intefaces接口，點擊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設置為1，該指令為可變周期指令，將clock cycles設置成0。

選擇Component Wizard標簽，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置這些參數(shù)的值。

點擊Finish…完成指令的添加，此時會在自定義指令設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（分別用二進制和十進制加以顯示），軟件調用時就是指令序號來選擇具體實現(xiàn)哪條指令，硬件篇曾提到Nios II支持256個自定義指令，這條擴展指令有8個不同功能，因此占用了0~7的序號。點擊Finish，完成指令的集成。

集成完后，在SOPCBuilder面板中單獨列出該指令，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)集成進了CPU。

?????? 為了測試該指令，我們建立如下SOPC系統(tǒng)。

l???????? 軟件調用

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行CRC運算以及用純軟件進行CRC運算，比較兩個所需的時間。運行結果如下：

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| 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

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Initialization completed

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Running the software CRC

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Completed

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Running the optimized software CRC

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Completed

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Running the custom instruction CRC

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Completed

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?

Validating the CRC results from all implementations

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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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結果顯示自定義指令運行速度是純軟件的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。