基于NiosII的流水燈設(shè)計

1、長安大學(xué) 電子與控制工程學(xué)院 電子科學(xué)與技術(shù)系基于NiosII的流水燈設(shè)計一、實驗?zāi)康模夯贜iosII設(shè)計一個8位LED流水燈系統(tǒng)，要求掌握SOPC系統(tǒng)設(shè)計方法，了解SDRAM和FLASH芯片的接口特性，掌握QuartusII軟件的使用方法以及NiosII EDS設(shè)計應(yīng)用軟件的基本流程。二、實驗條件：1. 安裝WindowsXP系統(tǒng)的PC機(jī)；2. 安裝QuartusII9.0 EDA軟件；3. 安裝NiosII EDS 9.0 軟件；4. GW48型SOPC開發(fā)平臺；三、實驗要求：設(shè)計過程包括硬件設(shè)計和軟件設(shè)計兩部分內(nèi)容。使用SOPC Builer工具建立處理器系統(tǒng)，使NiosII處理器成功

2、連接SDRAM、FLAHS以及連接LED的PIO驅(qū)動模塊。通過嵌入式鎖相環(huán)獲得穩(wěn)定的100MHz時鐘為系統(tǒng)和SDRAM使用。系統(tǒng)時鐘復(fù)位端連接LEDSDRAM接口FLASH接口使用按鍵1實現(xiàn)系統(tǒng)復(fù)位（模式7，按鍵為單脈沖，接口為IO0）：復(fù)位用LED陣列顯示流水燈效果：注：要求使用LED1LED8。對應(yīng)的IO編號分別為（IO60、IO67、IO65、IO63、IO70、IO73、IO75、IO79）。四、實驗步驟：1. 打開QuartusII軟件，建立一個新的工程：單擊菜單FileNew Project Wizard輸入工程的路徑、工程名以及頂層實體名。單擊Next按鈕，出現(xiàn)以下窗口由于我們建

3、立的是一個空的項目，所以沒有包含已有文件，單擊Next繼續(xù)。設(shè)置器件信息：單擊Next，指定第三方工具：這里我們不指定第三方EDA工具，單擊Next后結(jié)束工程建立。2. 建立SOPC系統(tǒng)單擊ToolSOPC Builder菜單項，啟動SOPC Builder配置工具。在彈出的系統(tǒng)命名對話框中為系統(tǒng)名稱命名“MySystem”，并選擇目標(biāo)描述語言為“VHDL”，點擊OK保存。建立并配置處理器IP核。雙擊或選擇IP核庫列表中的NiosII Processor為系統(tǒng)添加NiosII處理器。系統(tǒng)將彈出如下對話框要求用戶對處理器情況進(jìn)行配置，此時我們先選擇Finish默認(rèn)系統(tǒng)的配置。右鍵處理器更改其名稱

4、為“MyCPU”。本設(shè)計所使用的存儲器是核心板載的SDRAM（K4S561632）和FLASH（AM29VL065D），所以需要通過為系統(tǒng)添加相關(guān)的IP核來驅(qū)動。雙擊IP核列表中的Memories and Memory Controllers/SDRAM/SDRAM Controller將彈出以下的SDRAM控制器配置窗口，根據(jù)板載的SDRAM外圍參數(shù)，按以下數(shù)據(jù)填入。點擊Next填寫SDRAM的延時參數(shù)（默認(rèn)參數(shù)），點擊Finish完成。右鍵修改SDRAM的名稱“SDRAM”。 如下圖雙擊IP核列表中的Library/Bridges and Adapters/Avalon-MM Trista

5、te Bridge為系統(tǒng)添加鏈接FLASH的三態(tài)橋IP核。在彈出的對話中中直接點擊Finish。雙擊IP核列表中的Library/Memories and Memory Controllers/Flash/Flash MemoryInterface(CFI)為系統(tǒng)添加FLASH界面IP核，并按照下圖填入描述參數(shù)。點擊Next填入時序參數(shù)，并點擊Finish完成參數(shù)配置。修改此IP核實例名稱為“FLASH”，如下圖。 配置IP核之間的連接關(guān)系點擊菜單System/Auto-Assign Base Addresses完成存儲器地址分配。在此雙擊處理器IP核實例“MyCPU”配置復(fù)位地址和異常中斷地

6、址，并點擊Finish完成配置，如下圖。更改處理器的工作時鐘頻率為100MHz，如下圖。雙擊IP核列表中的Library/PIO，添加PIO模塊，按照下圖配置（默認(rèn)配置）并更名為“LED”。建議再次點擊菜單System/Auto-Assign Base Addresses重新對地址分配。到此，SOPC系統(tǒng)的配置工作已經(jīng)完成，點擊Generate按鈕生成SOPC系統(tǒng)，系統(tǒng)生成完畢并成功后點擊Exit推出SOPC Builder環(huán)境。3. 建立系統(tǒng)電路圖單擊FileNew菜單項，選擇彈出窗口中的Block Diagram/Schematic File，單擊OK按鈕以建立打開空的圖形輸入文件，注意此

7、文件并沒有在硬盤中保存。雙擊圖形輸入?yún)^(qū)域的空白處，選擇彈出窗口中的SOPC系統(tǒng)模塊，點擊OK按鈕添加到圖形輸入?yún)^(qū)域。添加鎖相環(huán)。點擊菜單Tools/MegaWizard Plug-In Manager并在彈出的對話框中選擇“Create a new custom megafunction variation”點擊Next繼續(xù)。 如下圖選擇鎖相環(huán)IP核，并對其命名“MyPLL”，點擊Next進(jìn)入鎖相環(huán)的設(shè)定環(huán)節(jié)。按照下圖設(shè)定鎖相環(huán)的輸入頻率為20MHz，點擊Next繼續(xù)。清除彈出對話框的所有選項，以此簡化對鎖相環(huán)的控制，點擊Next。對彈出的對話框做如下設(shè)置，點擊Next繼續(xù)。對彈出的對話框，配

8、置c0時鐘頻率為輸入時鐘的5倍（100MHz），如下圖，點擊Next繼續(xù)。出現(xiàn)c1時鐘配置頁面后，不選擇此時鐘輸出，直接點擊Next繼續(xù)。彈出c2時鐘配置頁面后，對其做如下配置，用于SDRAM的時鐘（頻率為100MHz，移相為-63），點擊Next繼續(xù)。 到此配置過程完成，點擊Finish生成鎖相環(huán)。 連接鎖相環(huán)到電路中。雙擊圖形輸入?yún)^(qū)域，選擇生成的鎖相環(huán)，添加到電路中。再次雙擊圖形輸入空白區(qū)域，如下圖輸入引腳類型“input”添加輸入和輸出引腳，按照圖示連接并對引腳命名。（添加輸出引腳時輸入“output”，雙向引腳“bidir”）連接其他引腳。根據(jù)SOPC系統(tǒng)端口的方向依次添加各引腳并按照

9、下圖命名（復(fù)位端用到了一個反相器，鍵入名稱“NOT”即可獲得）。端口連接和命名完成之后點擊保存按鈕。引腳鎖定。點擊Processing/Start Compilation編譯當(dāng)前工程，以獲得電路的引腳信息。編譯完成之后，點擊菜單Assignments/Assignment Editor對引腳進(jìn)行鎖定。鎖定方式如下表所示：引腳名稱鎖定位置SD_ADDR0PIN_R14SD_ADDR1PIN_R15SD_ADDR2PIN_R16SD_ADDR3PIN_T16SD_ADDR4PIN_U13SD_ADDR5PIN_U14SD_ADDR6PIN_U15SD_ADDR7PIN_V14SD_ADDR8PIN

10、_V15SD_ADDR9PIN_W14SD_ADDR10PIN_W15SD_ADDR11PIN_W16SD_ADDR12PIN_AA12SD_BA0PIN_Y19SD_BA1PIN_Y20SD_CASPIN_AA15SD_CKEPIN_Y22SD_CLKPIN_Y21SD_CSnPIN_AA17SD_DQ0PIN_M15SD_DQ1PIN_M16SD_DQ2PIN_M18SD_DQ3PIN_M19SD_DQ4PIN_N15SD_DQ5PIN_N21SD_DQ6PIN_N22SD_DQ7PIN_P15SD_DQ8PIN_P17SD_DQ9PIN_P18SD_DQ10PIN_P19SD_DQ11P

11、IN_P20SD_DQ12PIN_P21SD_DQ13PIN_P22SD_DQ14PIN_R18SD_DQ15PIN_R19SD_DQM0PIN_Y14SD_DQM1PIN_Y17SD_RASnPIN_AA16SD_WEnPIN_AA14FLASH_ADDR0PIN_M5FLASH_ADDR1PIN_M6FLASH_ADDR2PIN_M7FLASH_ADDR3PIN_M8FLASH_ADDR4PIN_N1FLASH_ADDR5PIN_N2FLASH_ADDR6PIN_N3FLASH_ADDR7PIN_N4FLASH_ADDR8PIN_N5FLASH_ADDR9PIN_N6FLASH_ADDR1

12、0PIN_P1FLASH_ADDR11PIN_P2FLASH_ADDR12PIN_P4FLASH_ADDR13PIN_P5FLASH_ADDR14PIN_P6FLASH_ADDR15PIN_R1FLASH_ADDR16PIN_R2FLASH_ADDR17PIN_R4FLASH_ADDR18PIN_R5FLASH_ADDR19PIN_R6FLASH_ADDR20PIN_R11FLASH_ADDR21PIN_T7FLASH_ADDR22PIN_T8FLASH_CSnPIN_W11FLASH_DATA0PIN_R7FLASH_DATA1PIN_R8FLASH_DATA2PIN_T1FLASH_DAT

13、A3PIN_T2FLASH_DATA4PIN_T3FLASH_DATA5PIN_T5FLASH_DATA6PIN_T6FLASH_DATA7PIN_U1FLASH_RDnPIN_W9FLASH_RSTnPIN_Y6FLASH_WRnPIN_Y5CLKPIN_L1RSTPIN_AB15LED0PIN_AB16LED1PIN_AB11LED2PIN_AB7LED3PIN_AB19LED4PIN_A8LED5PIN_A5LED6PIN_A3LED7PIN_Y10鎖定完成后保存引腳鎖定文件。 點擊菜單Assignments/Device將彈出以下對話框，點擊其中的“Device and Options

14、”按鈕，在彈出對話框的“Unused Pins”選項卡中設(shè)定未使用的引腳為“As input tri-stated with weak pull-up”。編譯工程。單擊ProcessingStart Compilation開始編譯，編譯過程中如果有出錯消息，請參考提示對工程進(jìn)行修改直到編譯完全成功為止。4. 軟件設(shè)計啟動NiosII EDS軟件，選擇File/New/NiosII Application and BSP from Template新建一個應(yīng)用工程和板級描述包。在彈出的對話框中填入SOPC描述信息和工程名。在模板窗口中選擇“Blank Project”點擊Finish完成一個空應(yīng)

15、用工程的建立。在工程管理窗口中右鍵點擊“Led_Flow_Soft”，從彈出菜單中選擇新建源文件，如下圖。為源文件起名“main.cpp”已建立一個C+文件，點擊Finish確定。編寫源文件：保存工程后點擊Project/Build All編譯工程。點擊菜單項NiosII/QuartusII Programmer，打開QuartusII編程下載對話框，將QuartusII工程生成的SOF文件下載到FPGA芯片中。下載成功后，開發(fā)板就構(gòu)造成功了一個NiosII系統(tǒng)，我們需要把流水燈程序下載到其中的Flash中實現(xiàn)流水燈效果。注意下載后不要斷電，后續(xù)的Flash下載過程需要保證NiosII系統(tǒng)常駐

16、在FPGA中。點擊菜單項NiosII/Flash Programmer，打開Flash編程下載對話框。點擊新建菜單，指定板級描述文件的位置（默認(rèn)位置在工程目錄的software文件夾中）。添加程序下載文件到對話框中，下載文件后綴名為.elf。 點擊Start即進(jìn)行下載。程序下載無誤即可看到LED的流水燈效果。五、實驗結(jié)果附：1. 參考代碼：-制作人：程鴻亮-#include system.h#include alt_types.h#include unistd.h#include altera_avalon_pio_regs.hint main()alt_u8 iData(1);alt_u8

17、i(0);while(1)if(i7)iData=iData1;IOWR_ALTERA_AVALON_PIO_DATA(LED_BASE,iData);i=(+i)%14;usleep(100000);return 0;-2. 開發(fā)系統(tǒng)I/O管腳映射表：引腳名稱引腳號引腳名稱引腳號I/O0AB15I/O40C13I/O1AB14I/O41C7I/O2AB13I/O42H3I/O3AB12I/O43U3I/O4AA20I/O44P3I/O5AA19I/O45F4I/O6AA18I/O46C10I/O7L19I/O47C16I/O8J14I/O48G20I/O9H15I/O49R20I/O10H14PIO60AB16I/O11G16PIO61AB17I/O12F15PIO62AB18I/O13F14PIO63AB19I/O14F13PIO64AB20I/O15L18PIO65AB7I/O16L17PIO66AB8I/O17K22PIO67AB11I/O18K21PIO68A10I/O19K18PIO69A9I/O20K17PIO70A8I/O2