基于NiosII的流水燈設(shè)計(jì)解讀

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(jì)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模夯?NiosII 設(shè)計(jì)一個(gè) 8 位 LED 流水燈系統(tǒng)，要求掌握 SOPC 系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(jì)應(yīng)用軟件的基本流程。二、實(shí)驗(yàn)條件：安裝 WindowsXP 系統(tǒng)的 PC 機(jī)；安裝 QuartusII9.0 EDA 軟件；安裝 NiosII EDS 9.0 軟件；GW48型 SOPC開發(fā)平臺(tái)；三、實(shí)驗(yàn)要求：設(shè)計(jì)過程包括硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)兩部分內(nèi)容。使用SOPC Builer工具建立處理器

2、系統(tǒng)，使NiosII 處理器成功連接 SDRAM 、 FLAHS 以及連接 LED 的 PIO 驅(qū)動(dòng)模塊。通過嵌入式鎖相環(huán)獲得穩(wěn)定的 100MHz 時(shí)鐘為系統(tǒng)和 SDRAM 使用。使用按鍵 1 實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)復(fù)位（模式 7，按鍵為單脈沖，接口為 IO0）：- 1 -制作人：程鴻亮長安大學(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(shí)驗(yàn)步驟：打開 QuartusII 軟件，建立一個(gè)新的工程： 單擊菜單 FileNew Proje

3、ct Wizard輸入工程的路徑、工程名以及頂層實(shí)體名單擊 Next按鈕，出現(xiàn)以下窗口- 2 -制作人：程鴻亮長安大學(xué) 電子與控制工程學(xué)院 電子科學(xué)與技術(shù)系由于我們建立的是一個(gè)空的項(xiàng)目，所以沒有包含已有文件，單擊 設(shè)置器件信息：Next繼續(xù)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- 3 -制作人：程鴻亮長安大學(xué) 電子與控制工程學(xué)院 電子科學(xué)與技術(shù)系建立 SOPC系統(tǒng)單擊 ToolSOPC Builder菜單項(xiàng)，啟動(dòng) 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 “VH

4、DL ”， 點(diǎn)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 處理器制作人：程鴻亮長安大學(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(shí)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為“ MyCPU ”- 5 -制作人：程鴻亮長安大學(xué) 電子與控制工程學(xué)院 電子科學(xué)與技術(shù)系本設(shè)計(jì)所使用的存儲(chǔ)器是核心板載的IP 核來驅(qū)動(dòng)。雙擊 IP 核列SDRAM (K4S561632)和 FLASH ( AM29VL065D )，所以需要通過為系統(tǒng)添加相關(guān)的 表中

5、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。- 6 -點(diǎn)擊 Next 填寫 SDRAM 的延時(shí)參數(shù)(默認(rèn)參數(shù)) ，點(diǎn)擊 Finish 完成。右鍵修改 SDRAM 的名稱“ SDRAM ”。制作人：程鴻亮長安大學(xué) 電子與控制工程學(xué)院 電子科學(xué)與技術(shù)系如下圖雙擊 IP 核列表中的 Library/Bridges and Adapters/Avalon-MM Tristate Bridge 為系統(tǒng)添加鏈接 FLASH 的三態(tài)橋 IP 核。

6、在彈出的對話中中直接點(diǎn)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)。制作人：程鴻亮長安大學(xué) 電子與控制工程學(xué)院 電子科學(xué)與技術(shù)系點(diǎn)擊 Next 填入時(shí)序參數(shù)，并點(diǎn)擊 Finish 完成參數(shù)配置。修改此 IP 核實(shí)例名 稱為“ FLASH”，如下圖配置 IP 核之間的連接關(guān)系點(diǎn)擊菜單 System/Auto-Assign Base Addresses完成存儲(chǔ)器地址分配。制作人：程鴻亮長安大學(xué) 電子

7、與控制工程學(xué)院 電子科學(xué)與技術(shù)系在此雙擊處理器 IP 核實(shí)例“ MyCPU”配置復(fù)位地址和異常中斷地址，并點(diǎn) 擊 Finish 完成配置，如下圖更改處理器的工作時(shí)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”。制作人：程鴻亮長安大學(xué) 電子與控制工程學(xué)院 電子科學(xué)與技術(shù)系建議再次點(diǎn)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(diǎn)擊 Generate按鈕生成 SOPC系統(tǒng)， 系統(tǒng)生成完畢并成功后點(diǎn)擊 Exit 推出

8、 SOPC Builder 環(huán)境。建立系統(tǒng)電路圖- 10 -單擊 FileNew 菜單項(xiàng)，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，注意此文件并沒有在硬盤中保存。制作人：程鴻亮長安大學(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(diǎn)擊 OK按鈕添加到圖形輸入?yún)^(qū)域- 11 -添加鎖相環(huán)。點(diǎn)擊菜單 Tools/MegaWizard Plug-In Manager并在彈出的對話 框中選擇“ Create a new custom megafunction varia

9、tio”n 點(diǎn)擊 Next 繼續(xù)。制作人：程鴻亮長安大學(xué) 電子與控制工程學(xué)院 電子科學(xué)與技術(shù)系- 12 -如下圖選擇鎖相環(huán) IP核，并對其命名“ MyPLL ”，點(diǎn)擊 Next 進(jìn)入鎖相環(huán)的 設(shè)定環(huán)節(jié)。制作人：程鴻亮長安大學(xué) 電子與控制工程學(xué)院 電子科學(xué)與技術(shù)系按照下圖設(shè)定鎖相環(huán)的輸入頻率為 20MHz，點(diǎn)擊 Next 繼續(xù)。- 13 -清除彈出對話框的所有選項(xiàng)，以此簡化對鎖相環(huán)的控制，點(diǎn)擊 Next制作人：程鴻亮長安大學(xué) 電子與控制工程學(xué)院 電子科學(xué)與技術(shù)系對彈出的對話框做如下設(shè)置，點(diǎn)擊 Next 繼續(xù)- 14 -對彈出的對話框， 配置 c0 時(shí)鐘頻率為輸入時(shí)鐘的 5倍（100MHz），如下

10、圖， 點(diǎn)擊 Next 繼續(xù)。制作人：程鴻亮長安大學(xué) 電子與控制工程學(xué)院 電子科學(xué)與技術(shù)系出現(xiàn) c1 時(shí)鐘配置頁面后，不選擇此時(shí)鐘輸出，直接點(diǎn)擊Next 繼續(xù)。- 15 -彈出 c2 時(shí)鐘配置頁面后，對其做如下配置，用于 SDRAM 的時(shí)鐘（頻率為 100MHz，移相為 -63），點(diǎn)擊 Next 繼續(xù)。制作人：程鴻亮長安大學(xué) 電子與控制工程學(xué)院 電子科學(xué)與技術(shù)系- 16 -到此配置過程完成，點(diǎn)擊 Finish 生成鎖相環(huán)。制作人：程鴻亮長安大學(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

11、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(shí)輸入“ output”，雙向引腳 “bidir”）- 17 -制作人：程鴻亮長安大學(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下圖命名復(fù)位端用到了一個(gè)反相器，鍵入名稱“NOT”即可獲得）。端口連接和命名完成之后點(diǎn)擊保存按鈕。引腳鎖定。點(diǎn)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(diǎn)擊菜單 Assignments/Assignment Editor 對引腳進(jìn)行 鎖定。制作人：程鴻亮

12、鎖定方式如下表所示：引腳名稱鎖定位置SD ADDR0PIN R14- 18 -制作人：程鴻亮長安大學(xué) 電子與控制工程學(xué)院 電子科學(xué)與技術(shù)系引腳名稱鎖定位置SD ADDR1PIN R15SD ADDR2PIN R16SD ADDR3PIN T16SD ADDR4PIN U13SD ADDR5PIN U14SD ADDR6PIN U15SD ADDR7PIN V14SD ADDR8PIN V15SD ADDR9PIN W14SD ADDR10PIN W15SD ADDR11PIN W16SD ADDR12PIN AA12SD BA0PIN Y19SD BA1PIN Y20SD CASPIN AA1

13、5SD 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 DQ11PIN P20SD DQ12PIN P21SD DQ13PIN P22SD DQ14PIN R18SD_DQ15PIN R19SD DQM0PIN Y14SD DQM1PIN Y17SD RASnPIN AA16SD

14、 WEnPIN AA14FLASH ADDR0PIN M5FLASH ADDR1PIN M6FLASH ADDR2PIN M7FLASH ADDR3PIN M8- 19 -長安大學(xué) 電子與控制工程學(xué)院 電子科學(xué)與技術(shù)系引腳名稱鎖定位置FLASH ADDR4PIN N1FLASH ADDR5PIN N2FLASH ADDR6PIN N3FLASH ADDR7PIN N4FLASH ADDR8PIN N5FLASH ADDR9PIN N6FLASH ADDR10PIN P1FLASH ADDR11PIN P2FLASH ADDR12PIN P4FLASH ADDR13PIN P5FLASH ADD

15、R14PIN 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 DATA3PIN T2FLASH DATA4PIN T3FLASH DATA5PIN T5FLASH DATA6PIN T6FLASH DATA7

16、PIN U1FLASH RDnPIN W9FLASH RSTnPIN Y6FLASH WRnPIN Y5CLKPIN L1RSTPIN AB15LED0PIN AB16LED1PIN AB11LED2PIN AB7LED3PIN AB19LED4PIN A8LED5PIN A5LED6PIN A3LED7PIN Y10- 20 -鎖定完成后保存引腳鎖定文件制作人：程鴻亮長安大學(xué) 電子與控制工程學(xué)院 電子科學(xué)與技術(shù)系點(diǎn)擊菜單 Assignments/Device 將彈出以下對話框，點(diǎn)擊其中的“ Device andOptions”按鈕，在彈出對話框的“ Unused Pins”選項(xiàng)卡中設(shè)定未使用

17、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(cuò)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。軟件設(shè)計(jì)啟動(dòng) NiosII EDS 軟件，選擇 File/New/NiosII Application and BSP from Template新建一個(gè)應(yīng)用工程和板級描述包。- 21 -在彈出的對話框中填入 SOPC 描述信息和工程名制作人：程鴻亮長安大學(xué) 電子與控制工程學(xué)院 電子科學(xué)與技術(shù)系在模板窗口中選擇 “Blank Project ”點(diǎn)擊 Fin

18、ish 完成一個(gè)空應(yīng)用工程的建立。 在工程管理窗口中右鍵點(diǎn)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(gè)- 22 -C+文件，點(diǎn)擊 Finish 確定。制作人：程鴻亮長安大學(xué) 電子與控制工程學(xué)院 電子科學(xué)與技術(shù)系編寫源文件：保存工程后點(diǎn)擊 Project/Build All 編譯工程- 23 -制作人：程鴻亮長安大學(xué) 電子與控制工程學(xué)院 電子科學(xué)與技術(shù)系點(diǎn)擊菜單項(xiàng) 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 FPG

19、A 芯片中。下載成功后，開發(fā)板就 構(gòu)造成功了一個(gè) NiosII 系統(tǒng)，我們需要把流水燈程序下載到其中的 Flash 中實(shí)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) 常駐在 FPGA 中。點(diǎn)擊菜單項(xiàng) NiosII/Flash Programmer，打開 Flash 編程下載對話框。點(diǎn)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- 24 -制作人：程鴻亮長安大學(xué) 電子與控制工程學(xué)院 電子科學(xué)與技術(shù)系點(diǎn)擊 Start 即進(jìn)行下載。程序下載無誤即可看到 L

20、ED 的流水燈效果。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果點(diǎn)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(shí)驗(yàn)結(jié)果- 25 -制作人：程鴻亮長安大學(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 i(0);while (1)if (i7) iData=iData1;IOWR_ALTERA_AVALON_PIO_DATA(LED

21、_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/O45F4- 26 -制作人：程鴻亮長安大學(xué) 電子與控制工程學(xué)院 電子科學(xué)與技術(shù)系引腳名稱引腳號引腳名稱引腳號I/O6AA18I/O46C10I/O7L19I/O47C16I/O8J14I/O48G20I/O9H15I/O49R20I/O10H14PIO60AB16I/O11G16PIO61AB17I/O12F15PIO62AB18I/O13F14PIO