从开端的占地170平方的第一代ENIAC计算机开端，计算机开端了不断集成化、小型化的开展之旅。如今在单一芯片内部现已能够集处理器，存储，各型协处理器等，然后构成的强壮的单芯片的片上体系(SOC)，而这些片上体系已存在于日子的方方面面。因而FPGA内部支撑片上体系，也算不上是别致的作业了。ALTERA和XILINX已各自推出了各自运用片上体系(FPGA范畴称之为SOPC，因而其片上体系能够依据事务需求来界说)。
只需几K的资源，就能完结一个SOC的最小体系，关于FPGA工程师来说，没什么比这个更有吸引力了。那么，作为一个片上体系来说，其最小体系应该包含哪些：其至少需求三个部件，履行部件(处理器)，程序履行部件(内部存储器)，输出部件(输入输出单元)。(其别离相当于PC上的CPU、内存条，键盘鼠标显示器)。下图所示在ALTERA的QSYS上完结NIOS的最小体系所需部件。
(1) 处理部件：NIOSII为ALTERA器材中所专有的软核处理器，而xilinx所对应的为microblaze的软核。经过在Qsys的界面东西中供给许多IP，而NIOSII也供给三个版别供给运用，别离是高速型，标准型，以及经济型。假如FPGA内部逻辑有限，可挑选的经济型，其占用资源较少。假如需求内部资源丰富又需求运转嵌入式操作体系uclinux等杂乱软件。则主张挑选高速型，而要运转linux等操作体系，则在NIOSII高速型中装备MMU则是有必要的。如无详细需求，则运用标准型即可。值得一提的是，NIOSII为哈佛型体系结构，即数据和指令分隔，从Qsys能够看出，其接口分为指令接口和数据接口。
(2) 存储部件:关于在FPGA内部完结SOC来说，片内的块RAM便是完结SOC内部程序与数据的存储空间。也能够运用片外的存储区，如片外SRAM或许DDR等。也能够作为程序和数据的存储空间。关于NIOSII处理器来说，只要选取了片内存储区或许片外存储区，才干设定程序中止向量和复位开始方位的存储区。别的，尽管AVALON总线支撑数据总线和地址总线经过片上互联同一接口拜访单端口RAM。但主张运用时，例化为双AVALON接口的双端口RAM，一则是因为一般存储区所需RAM深度够大，一般支撑真双端口RAM，另一方面，数据和指令分隔，能够提高体系的功能。
(3) 输入输出部件：通常在嵌入式SOC体系中，最常用的输入输出部件便是串口(UART)。常常被运用于(打印printf()，scanf())函数的输入输出。假如体系规划了串口(一般为SOC体系中所有必要的)，则例化体系中的支撑avalon接口的串口即可，假如体系中不幸没有，那么ALTERA公司供给了JTAG-UART接口供给给用户输入输出交互接口。即经过复用JTAG下载线来模仿串口的操作。假如体系中有多个输出输出设备，如有多个UART，则在编程时，需在BSP的环境中设定，挑选运用哪个UART作为体系的输出。
运用ALTERA的Qsys东西能够便利的在FPGA上构建SOC体系。只需挑选相应的IP(能够是体系自带，也能够运用自己构建支撑avalon-mm接口的IP)。经过体系的互联然后构成一个片上体系。图形化的界面只需经过avalon总线衔接信号将NIOSII和外设衔接在一起即可。衔接完毕后，还需求下面操作：
(1) 为每个外设设定地址，例如上图中RAM和JTAG-UART，每个外设都需求一个地址规模，能够点击体系中主动地址分配，也能够手动分配一个区间。只要为每个外设分配地址后(相当于整个体系的门牌号)，处理器才干依据地址来拜访各个外设。
(2) 如外设有中止，则为外设分配中止号，也可主动或许手动完结。如不分配中止的话，那么处理器拜访外设，只要查询一种交互方法了。中止方法运用能够削减处理器的负载。
在ALTERA的QSYS东西中，硬件信息悉数存储在sopcinfo。主要是包含各个外设的地址信息等，用于发生system.h。也便是说，作为软件和硬件的交互的途径是每个外设的基地址，中止，和内部寄存器等信息。体系构建完毕后，剩余的就能够软件编程了，运转在建立的SOC体系上的第一个“hello world”的程序。
关于现在FPGA上的SOC规划，厂商为了其便利易用，做了很多的作业，只需依照其攻略一步步，就能够完结相应的规划，但一起，也约束了对其基本原理的深化的了解。什么作业都有其两面性，作为FPGA工程师，SOC的原理则应该能够要点重视，这样不论是ALTERA仍是XILINX其基本原理也是共同的。如不运用厂家的处理器核(NIOSII、microblaze)，也能够运用其他的软核(如51等，ARM)在FPGA上完结SOC体系。只不过本来东西做的作业，就需求手动来完结了。
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