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2 虚拟示波器SOPC系统构建及NiosⅡ软件开发
2.1 虚拟示波器SOPC系统构建
本文采用ALTERA公司的NiosⅡ软核处理器，并利用FPGA设计虚拟示波器系统。ALTERA 公司的NiosⅡ软核处理器是一个32位RISC嵌入式处理器，具有5级流水线、采用数据和指令分离的Harvard结构、提供众多标准外设和软件集成开发环境。
进行基于Nios Ⅱ 的SOPC 系统开发时，可利用ALTERA提供的SOPC插件，进行外设和CPU的配置，并提供自定义IP的构建方法。在虚拟示波器系统中，需要开发符合AVALON总线的示波器模块，并加入到自定义IP中。示波器模块实体程序如下：
在SOPC插件中，将示波器模块等自定义模块集成为IP核，分别将NiosⅡJTAG＿UART、FLASH以及SRAM等IP核加入虚拟示波器系统中，SOPC系统配置图如图5所示。
配置完成后，生成系统，并在QuartusⅡ中进行引脚配置，然后综合、布线，生成配置文件，通过JTAG 对FPGA进行配置，即可获得虚拟示波器系统的信息处理部分硬件电路。
2.2 NiosⅡ软件开发
实践证明，当系统的复杂程度达到一定时，采用嵌入式操作系统不仅会简化程序员工作、提高CPU利用率，而且会提高系统可靠性。因此本系统的下位机软件采用嵌入式操作系统。mICroc/os-Ⅱ是1个性能优良的嵌入式多任务实时操作系统，稳定度高、安全性好；同时NiosⅡ开发环境中集成了性能良好的、免费的microc/os－Ⅱ估算版，因此虚拟示波器系统采用该操作系统。
NiosⅡ的软件开发一般采用分层的方式进行，它采用类似Linux的设备文件系统来管理设备，采用HAL（硬件抽象层）完成硬件相关设备的封装操作，因此每个CPU外设都需要有相应的驱动程序。虚拟示波器系统中，NiosⅡ的驱动分层结构如图6所示。
虚拟示波器系统需要为定义的IP设计相应的驱动程序，对于最底层与硬件相关的操作，NiosⅡ提供了IOWR（base，offerset，data）和IORD（base，offerset）2个宏，分别用于对寄存器的读、写操作。这里，base为虚拟示波器驱动程序的基地址，其自动生成；offerset为指被操作的寄存器在该设备中的偏移地址。
2.3 嵌入式USB协议栈开发
USB协议复杂，虚拟示波器系统开发的USB协议栈基于microc/os－Ⅱ，并采用了如图7的分层结构，以减少开发调试的难度。
硬件抽象层和命令接口层都与硬件相关，硬件抽象层负责对SX2的寄存器进行读写操作，而命令接口则实现与SX2的工作方式有关的操作；协议层与平台无关，其主要完成USB的枚举及各端口数据处理；应用层完成对提供调用的函数进行封装，应用层提供了简单的API接口，其利用senddata函数发送数据到主机，同时利用recdata函数从主机接收数据以及厂商请求的函数，上层程序只要简单地调试这3个函数而无需关注USB协议，即可完成虚拟示波器的USB通信。
