В статье рассматривается процесс моделирования встраиваемой системы на программируемой логической интегральной схеме учебного стенда с использованием программного обеспечения Intel/Altera. Цель исследования – создание модели встраиваемой системы в учебных условиях на основе комплексного цикла проектирования системы на программируемой микросхеме. В рамках исследования описан полный цикл проектирования – от настройки аппаратной части до реализации программного обеспечения. В качестве процессорного ядра применяется экономичный вариант Nios II, размещенный на программируемой микросхеме Altera серии Cyclone. Конфигурирование вычислительной системы выполняется в среде SOPC Builder с формированием переключательной структуры Avalon. Аппаратная часть разрабатывается на языке описания аппаратуры Verilog в среде Quartus II, где также задаются параметры микросхемы, генерируется конфигурационный файл и настраиваются выводы микросхемы. В состав системы входят периферийные устройства: клавиатура и жидкокристаллический дисплей, обеспечивающие ввод данных и отображение результатов. Программная часть создается на языке C/C++ с помощью инструментов Nios II среды разработки Eclipse и компилируется в исполняемый файл. Верификация проекта проводится на примере приложения «Калькулятор»: конфигурационный файл загружается в память стенда с помощью специальной утилиты, после чего тестируется взаимодействие компонентов. Методика может быть применена в учебных лабораториях вузов для освоения принципов проектирования встраиваемых систем на программируемой логической интегральной схеме.
The article examines the process of modeling an embedded system on a programmable logic integrated circuit of a training stand using Intel/Altera software. The aim of the research is to create a model of an embedded system in educational conditions based on a comprehensive system design cycle on a programmable chip. The research describes the full design cycle – from configuring the hardware to implementing the software. An economical version of the Nios II processor core, deployed on an Altera Cyclone series programmable chip, is used as the processing unit. The computing system is configured in the SOPC Builder environment, which generates the Avalon switching structure. The hardware component is developed using the Verilog hardware description language in the Quartus II environment, where the chip parameters are set, the configuration file is generated, and the chip pins are configured. The system includes peripheral devices – a keyboard and a liquid?crystal display – that enable data input and output. The software component is created in C/C++ using the Nios II tools in the Eclipse development environment and compiled into an executable file. Project verification is carried out using a “Calculator” application as an example: the configuration file is loaded into the stand’s memory via a dedicated utility, after which the interaction of components is tested. The proposed methodology can be applied in university teaching labs to master the principles of designing embedded systems on programmable logic integrated circuit.
1. Lee E. A., Seshia S. A. Introduction to Embedded Systems: A Cyber-Physical Systems Approach. 2nd ed. MIT Press, 2017. 568 с. ISBN 978-0-262-53381-2.
2. Пенской А. В. Архитектурное документирование встроенных систем с многоуровневой конфигурацией // Известия вузов. Приборостроение. 2015. № 7. С. 527–532. URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=23815546 (дата обращения: 22.01.2026). DOI: 10.17586/0021-3454-2015-58-7-527-532.
3. Аржаев В. И., Скворцов А. В. Особенности применения объектно-ориентированного проектирования встроенных систем жесткого реального времени // Программные продукты и системы. 2016. № 1. С. 56–59. URL: https://swsys.ru/index.php?page=article&id=4110 (дата обращения: 22.01.2026). DOI: 10.15827/0236-235X.113.056-059.
4. Платунов А. Е. Теоретические и методологические основы высокоуровневого проектирования встраиваемых вычислительных систем. СПб.: Университет ИТМО, 2010. 477 c. [Электронный ресурс]. URL: https://search.rsl.ru/ru/record/01004917432 (дата обращения: 22.01.2026).
5. Alten J. P., F?rst S. Model-based Design of Embedded Systems with Matlab/Simulink // ATZ Elektron Worldw. 2016. Vol. 11. P. 60–63. URL: https://link.springer.com/article/10.1007/s38314-016-0019-5 (дата обращения: 09.02.2026). DOI: 10.1007/s38314-016-0019-5.
6. Оскин Д. А., Громашева О. С., Дьяченко М. Е. Модельно-ориентированный подход для автоматизации генерации программного C-кода для встраиваемых систем с использованием модели Matlab/Simulink // Современные наукоемкие технологии. 2018. № 10. С. 92–97. URL: https://top-technologies.ru/ru/article/view?id=37201 (дата обращения: 09.02.2026). DOI: 10.17513/spno.37201.
7. Строгонов А. В., Городков П. С. Особенности проектирования устройств цифровой обработки сигналов в базисе ПЛИС серии 5578 // Известия вузов. Электроника. 2017. Т. 22. № 3. С. 256–265. URL: http://ivuz-e.ru/issues/3-_2017/osobennosti_proektirovaniya_ustroystv_tsifrovoy_obrabotki_signalov_v_bazise_plis_serii_5578/ (дата обращения: 09.02.2026). DOI: 10.24151/1561-5405-2017-22-3-256-265.
8. Лютерович О. В. Особенности проектирования компонентов на ПЛИС и их применение во встраиваемых системах // Reviews of Modern Science. 2023. № 4. URL: https://ojs.scipub.de/index.php/RMS/article/view/2323 (дата обращения: 22.01.2026).
9. Наваби З. Проектирование встраиваемых систем на ПЛИС / пер. с англ. Соловьева В. В. М.: ДМК Пресс, 2016. 464 с. ISBN 978-5-97060-174-7.
10. Степаненко Д. Р., Болдырев А. В. Обзор учебных стендов для обучения программированию ПЛИС // Инновации и инжиниринг в формировании инвестиционной привлекательности региона: сборник научных трудов II открытого международного научно-практического форума. Ростов-на-Дону: Издательство ДГТУ-ПРИНТ, 2017. С. 446–451. URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=32329091 (дата обращения: 07.02.2026).
11. Ключев А. О., Платунов А. Е., Дергачев А. М. Опыт использования лабораторных стендов SDK в учебном процессе // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2019. Т. 19. № 1. С. 184–187. URL: https://ntv.ifmo.ru/file/article/18451.pdf (дата обращения: 22.01.2026). DOI: 10.17586/2226-1494-2019-19-1-184-187.
12. Тарасов И. Е., Потехин Д. С., Платонова О. В. Перспективы применения софт-процессоров в системах на кристалле на базе программируемых логических интегральных схем // Russian Technological Journal. 2022. Т. 10 № 3. С. 24–33. URL: https://www.rtj-mirea.ru/jour/article/view/519 (дата обращения: 17.01.2026). DOI: 10.32362/2500-316X-2022-10-3-24-33.
13. Емец С. Verilog – инструмент разработки цифровых электронных схем // Компоненты и технологии. 2001. № 4 (13). С. 76–79. URL: https://elibrary.ru/item.asp?edn=mtxawx (дата обращения: 07.02.2026).
14. Ляпунцова Е. В., Ахмад А. Особенности процесса автоматизированного проектирования встраиваемых систем и возможность их реализации в программном обеспечении проектирования микропроцессорных систем // Известия ТулГУ. Технические науки. 2024. № 1. С. 368–369. URL: https://scinetwork.ru/articles/7736 (дата обращения: 07.02.2026). DOI: 10.24412/2071-6168-2024-1-368-369.
15. Болдырев А. В. Интерфейс дисплея для учебного стенда на основе программируемой логической интегральной схемы // Научное обозрение. Технические науки. 2025. № 5. С. 12–18. URL: https://science-engineering.ru/ru/article/view?id=1521 (дата обращения: 09.02.2026). DOI: 10.17513/srts.1521.