實驗五-nios系統(tǒng)設(shè)計-交通燈DE1(9.0版)

《基于軟核技術(shù)的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計》試驗五（上）、NiosII系統(tǒng)設(shè)計——電子鐘北京交通高校計算機學(xué)院老師：丁曉明本試驗指導(dǎo)書演示了NiosII系統(tǒng)的硬件設(shè)計，軟件設(shè)計，能實現(xiàn)一個交通燈功能。本試驗在前面試驗的基礎(chǔ)上，同學(xué)已經(jīng)能嫻熟的運用QuartusII軟件和模塊化輸入方法。本試驗主要包括SOPCBuilder，NiosIIIDE，QuartusII的運用，主要目的在于指導(dǎo)同學(xué)學(xué)習(xí)如何定制一個NiosII硬件系統(tǒng)和如何在此基礎(chǔ)上編寫軟件程序。試驗條件：CycloneEP2C20教學(xué)套件 QuartusII9.0 SOPCBuilder9.0 NiosII9.0NiosIIIDE 在本試驗中，我們將以CycloneEP2C20學(xué)習(xí)板為平臺，介紹開發(fā)一個交通限制燈的軟、硬件方案設(shè)計，涉及到的代碼，只須要依據(jù)試驗指導(dǎo)書將代碼拷貝到工程文件夾中即可。 系統(tǒng)軟、硬件需求分析， 1.該系統(tǒng)要實現(xiàn)的功能： (1).在數(shù)碼管上顯示交通限制燈的時間 (2).顯示交通限制燈，運用開發(fā)板上的4個LED來演示 2.硬件系統(tǒng)組成規(guī)劃 依據(jù)系統(tǒng)要實現(xiàn)的功能和開發(fā)板配置，本項目中須要用到的CycloneⅡ上的外圍器件有： 數(shù)碼管：交通限制燈時間顯示屏幕 LED：交通限制燈 Flash存儲器：存儲軟、硬件程序SRAM存儲器：程序運行時將其導(dǎo)入SRAM依據(jù)所用到的外設(shè)和器件特性，在SOPCBuilder中建立系統(tǒng)要添加的模塊包括：NiosIICPU，數(shù)碼管，外部RAM總線（Avalon三態(tài)橋），外部RAM接口，外部Flash接口，SDRAM。3．軟件系統(tǒng)規(guī)劃要實現(xiàn)系統(tǒng)所需的功能，大量的工作應(yīng)當(dāng)集中在軟件設(shè)計和優(yōu)化上。電子鐘的軟件功能主要分為顯示、設(shè)置和時間算法三大部分。1.顯示部分 顯示部分的功能包括： (1).顯示交通限制燈變更的剩余時間（秒） (2).顯示當(dāng)前閃亮的交通燈2.LED部分 LEDR1：相當(dāng)于紅燈 LEDR0，LEDG7：相當(dāng)于黃燈 LEDG6：相當(dāng)于綠燈3.時間部分 時間累加，紅燈閃亮?xí)r間為30秒，黃燈閃亮?xí)r間為10秒，綠燈閃亮?xí)r間為60秒 通過對軟件要完成的功能進(jìn)行分析可以看出，這里只有LED和顯示部分須要涉及硬件，其它子程序可在進(jìn)行硬件設(shè)計的同時起先編寫。4.軟件流程圖黃燈亮并計時黃燈亮并計時初始化液晶初始化變量起先主循環(huán)起先綠燈亮并計時結(jié)束紅燈亮并計時試驗內(nèi)容：1.系統(tǒng)硬件首先將DE1_traffic文件里的文件全部拷貝到一個空文件夾下，可以用自己的學(xué)號定義。然后雙擊DE1_NIOS.qpf文件打開工程。然后點擊Tools->SOPCBuilder，進(jìn)入SOPCBuilder，運行SOPCBuilder.給要設(shè)計的系統(tǒng)模塊命名，此處我們命名為system_0；TargetHDL項，選擇VHDL，指定設(shè)計中各模塊生成的HDL類型，命名完畢，點擊OK。（4）Clock為100MHz，TargetDeviceFamily為cycloneⅡ，clk_0改為clk。（5）雙擊AvalonComponentsNiosIIProcessor，添加一個NiosII/f處理器InstructionCathe：4KBJTAG調(diào)試模塊等級：Level1然后點擊Finish。（6）添加JTAGUART，在interfaceprotocols/serial選項卡下選擇CreateModelSimaliastoopenawindowshowingoutputasASCIItext，其他設(shè)置保持默認(rèn)狀態(tài)，如下圖。(7)添加(RS-232serialport)uart_0,選擇默認(rèn)設(shè)置。（8）添加自定義外設(shè)sram,并改名為sram_0.(8)添加EPCSserialflashcontroller，改名為epcs_controller。（9）添加Flash存儲器，地址寬度22bits，其它運用默認(rèn)設(shè)置。（10）添加avalone-MMtriStateBridge,設(shè)置為register，命名為tri-state-bridge0.將flash存儲器鏈接到（tri-states-bridge）三態(tài)橋然后雙擊tri-states-bridge_0模塊，并進(jìn)行如下選擇：（11）添加SDRAM，按下圖進(jìn)行設(shè)置。（12）添加一組PIO(ParallelI/O)，選擇默認(rèn)設(shè)置，并改名為LEDG相同方法添加另一組PIO(ParallelI/O)，命名為LEDR：（13）添加User_logic中的SEG7_LUT_4，命名為SEG7。雙擊cpu_0模塊，并進(jìn)行如下設(shè)置：然后選擇SystemAuto-AssignBaseAddresses，為各模塊自動安排地址；再選擇Auto-AssignIRQs，自動安排中斷依次。最終系統(tǒng)整體配置如下圖所示：在System選項欄中，選中HDL選項，點擊Generate生成系統(tǒng)（20）SOPCBuilder完成，提示勝利生成系統(tǒng)，點擊Exit。下圖即為我們上面所生成的CPU的原理圖(24)點擊編譯工程。2.系統(tǒng)軟件(1).首先打開NiosIIIDE，選擇起先菜單下全部程序中的AlteraNiosIIEDS6.0NiosIIIDE。路徑設(shè)到各自試驗工程的software文件夾，若不存在，新建此文件夾。(2).選擇FileNewProject創(chuàng)建新的軟件工程，選擇C/C++Application，點擊next。并命名為clock，在目標(biāo)硬件(TargetHardware)選項中指定為剛才完成的設(shè)計文件(nios2.ptf)，并選用BlankProject作為模板(3).點擊Next，為剛創(chuàng)建的軟件工程建立新的系統(tǒng)庫(systemlibrary)(4).將traffic.h和traffic_light.c拷貝到剛才建好.\software\traffic文件夾下，并在niosIDE中右鍵traffic，refresh下一：（5）.雙擊打開clock.c文件，閱讀閱讀代碼（6）.編譯程序，鼠標(biāo)右鍵單擊軟件工程clock，選擇BuildProject，由于第一次編譯程序，NiosIIIDE會依據(jù)硬件配置和編譯器配置生成許多庫文件，所以時間比較長。(7).將FPGA配置文件下載到Stratix芯片上，點擊Tools->QuartusIIProgrammer選擇QuartusII生成的硬件工程配置文件.sof文件，并選中Program/Configure選項，點擊Start。(9).編譯通過后的程序可以下載到芯片上運