本章將介紹Nios 處理器的硬件開發環境和硬件開發的整個流程。一個簡單Nios 開發系統包括Nios 嵌入式處理器和連接外設的輸入輸出設備， 硬件開發就是利用SOPC Builder 整合處理器和接口控制器，在Quartus II 軟件下編譯生成模塊并配置到開發板上的FPGA 器件中，最后將FPGA 器件的外部物理引腳連接到其它硬件上。用戶建立開發環境時，要滿足以下硬件和軟件的要求。

　　 Windows NT/2000/XP 系統

　　 嵌入式Nios 處理器3.02 版本以及SOPC Builder 軟件2.82 版本以上。

　　 Quartus II 2.2 SP1 版本或更高版本。

　　 Nios 開發板和開發工具包。

　　Nios 系統的開發包括硬件開發和軟件開發。圖1 描述了創建一個nios 系統、移植設計到nios 開發板的全過程，左邊描述了硬件設計流程，右邊描述了軟件設計流程。

　　圖中可以看出，SDK 是硬件和軟件開發的交匯點。為獲得一個完整的、可靠的系統，有必要了解一下系統的軟件和硬件開發流程。即使軟件和硬件分別由不同的小組開發，都有必要了解軟件和硬件開發的流程。整個系統的開發過程分為如下步驟：

　　1. 第一步：

　　系統需求分析：

　　1） 系統需要實現的計算性能

　　2） 系統需要的位寬和吞吐量

　　定制具體的系統需求：

　　1） CPU 是否需要硬件乘法器

　　2） 系統需要什么外設

　　3） 是否需要DMA 通道

　　這些步驟包含了軟件和硬件兩方面的設計。

　　2. 第二步：

　　1） 硬件設計組：使用SOPC 軟件進行硬件設計，生成定制的CPU 和SDK

　　2） 軟件設計組：編寫與硬件平臺無關的C/C++代碼

　　3. 第三步：

　　1） 硬件設計組：使用Quartus II 進行系統級設計（附加外設，排列管腳）

　　2） 軟件設計組：根據SDK，編寫底層驅動。

　　4. 第四步：

　　1） 軟件設計組：編譯連接設計目標平臺代碼。

　　5. 第五步：

　　1） 硬件設計組：對所設計的硬件進行測試。

　　2） 軟件設計組：對所涉及的軟件進行測試。

　　6. 判斷設計是否滿足系統需求，如不滿足，修改前幾部分設計。如果滿足，則成功建立原型.

　　硬件設計人員首先應該做的是，利用SOPC Builder 選擇合適的CPU、內存和外圍組件，例如片上存儲器、PIOs、UARTs 和片外存儲器接口，然后定制好各個器件的功能。SOPCBuilder 為硬件外圍組件提供了方便的連接方式，并提供強大的選項，用來提高系統性能。SOPC Builder 按照這些信息，自動生成描述系統硬件的HDL 文件，并生成系統軟件開發包（SDK），（圖4.1 的第三步）。SDK 包（Software Development Kit）就可以立即應用于系統的嵌入式軟件開發。

　　Nios CPU 的一個特色是用戶可以定制硬件指令。用戶通過設計硬件模塊來定制新的硬件指令，完成運算、移位等功能（圖4.1 第4 步）。

　　下一步就可以用Quartus II 完成相應的目標硬件的配置。應用Quartus II 軟件，選定好目標硬件的型號，為I/O 接口分配管腳，并且設定好編譯選項和時序約束條件，然后開始編譯（圖4.1 第五步）。在整個編譯過程中，Quartus II 將根據HDL 源文件，生成綜合的網絡表文件。QuartusII 中的fitter 工具使網絡表與目標硬件相匹配。最后生成器件的配置文件來配置相應的FPGA。

　　應用Quartus II 編程器和Altera 下載電纜，將配置文件下載到用戶的目標板上或開發板上（圖4.1 第六步）。經過對硬件上的設計檢驗，一個新的硬件系統將可以立刻燒寫到開發板上的永久存儲器上。至此，軟件開發人員就開始使用開發板上的硬件平臺對軟件的功能進行配置。

　　SDK 開發工具包中包含了許多實例，本章接下來的幾節將通過其中一個實例，告訴用戶如何使用SOPC Builder 和Quartus II 軟件在Cyclone 系列開發板上設計自己的Nios系統。