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Sopc_LED实验指导一．实验目的：1.掌握NIOSII软核的定制流程。2.掌握NIOSII的开发流程。3.熟识NIOSIIIDE开发环境的使用。4.掌握基本的软件的调试方法。5.掌握通过寄存器形式对硬件进行控制，可以更透彻地看清NIOSII开发过程。二．实验内容：1．PIO模块的构建。2．软件编程，通过寄存器形式对硬件进行控制。3．下载程序并硬件调试。4.扩展实验：程序功能通过SOPC建立的软核来运行程序功能：LED显示控制。通过PIO直接控制8个LED产生流水灯效果三．实验简介：这一节，我将给大家了解第一个与硬件有关的程序，虽然内容简单，却极具代表性。我将采用一种寄存器的操作方案，让大家感受到开发NIOS跟单片机一样的简单，看透NIOSII开发的本质，尽量避免使用NIOSIIIDE提供的API，这样做有很多好处。首先，有单片机开发经验的人应熟悉这种操作方案，其次，它是硬件试验部分的第一课，通过这个简单的实验，可以让你对单片机的操作有一个感官上的了解，可以说意义不同寻常。这一节，我也通过LED实验来带大家进入NIOSII的开发世界，感受NIOS的魅力所在，下面我们开始吧。四．实验内容：1.硬件开发第一步，我们要在软核中加入PIO模块。打开我们上一次建的Quartus工程，如下图红圈所示（如果你没保留上次的工程，需要按照上次指导书重新再做一个下面的。）双击上图的hello_word后进入了SOPCBUILDER界面，如下图所示点击下图所示红圈处PIO(ParallelI/O)点击后，如下图所示，红圈1处是你需要的PIO口的宽度，即你需要几个IO口，这里面我设置为8，即我要控制8个LED，红圈2是选择输出方式，我选择为输出（Output）。接下来，点击Finish，完成PIO模块的构建，然后将其改名为LED,如下图所示接下来，需要自动分配一下基地址，上一次已经讲过，如下图所示接下来，双击cpu，看下图红圈的地址为下图的。点击finish。我们就要开始编译了，点击Generate，耐心的等待编译的结束。接着先保存一下吧，保存好以后，接下来，我们要对工程配置一下了，在左侧边框栏击右键点击hello_word，如下图所示(双击Cyclone:EP1C12Q240C8也可以)点击setting后，如下图所示，点击红圈处DeviceandPinOptions点击后如下图所示，点击红圈处unusedPins。选中ASinputtri-stated.都修改好以后，点击确定，点击OK。需要保存一下，点击save，开始编译。经过一段耐心的等徃，编译成功，如下图所示完成了上面的工作，点击Exit，会出现下面的界面，询问是否需要对Hello_word进行更新，点击“是(Y)”。然后，会出现下面界面，点击OK点击后，如下图：如下图所示，可以看出，还有LED没有管脚相连，我们来建立一个输出管脚,并重命名如果以后会出现下面情况，连线错位，这就需要我们手工来整理一下，将相应的管脚相连接。最后的样子大家可以看到，如下图所示，我们将其命名为LED[7..0]，这是quartus中总线的命名方式，大家要注意。一切准备好了，我们需要给他进行引脚分配，按上次试验方式给他进行引脚分配。有不清楚的看上次的指导书和看以前的电子设计自动化实验指导书(附有管脚分配的word文档)。下面，我们开始编译了，又是一次漫长的等待后，看到了下图红圈所示，说明编译成功。2.软件开发：首先打开NIOSII9.0IDE，把工程路径切换到上次做的quartu的工程里面去。File-SwitchWorkSpace-Browse选中你d:projectname/hello_word的工程里面去。（如果你们没有，就新建了工程的，根据你quartus的工程路径，然后切换到那里去）。存储路径不能出现中文，否则会报错的。如果你是用上次的工程文件，则会出现如下图红圈的选中它，点击右键出现了下图的，点击Delect然后选第一个点击yes重复上面的方法删掉另一个文件，只留下（如图）：没有上次工程的，就要新建立一个软件工程，操作方案如下图所示，File-New-Project点击后，会出现工程向导界面，如下图所示，选中红圈处的内容，NiosIIC/C++Application，点击Next，会出现下图所示内容，红圈2处是工程名，我将其修改为LED_test，红圈3处是目标硬件文件，点击Browse，找到我们上面生成的NIOS软核的位置，这个文件是以.ptf为后缀的，如果大家跟我的地址一样的话，地址应该是在D:\projectname\hello_word.ptf。在红圈1处选中BlankProject，这个地方是空工程模块。红圈4，这个地方是改变工程所放位置的，如果不修改，软件工程的位置就在Quartus工程目录下得software下面，再这里不需要点击。（按下图选择）点击Next，这里不用修改，点击Finish，完成工程向导.在工程目录区中的LED_test项单击鼠标右键后，点击红圈处的位置SystemLibraryProperties点击后，可看到下图所示界面，（按图选择）按顺序来，红圈1处是标准输入（stdin）、标准输出(stdout)、标准错误(stderr)的位置区，我们在软核中构建了JTAGUART，在此出现效果了吧，如果我们没有构建JTAGUART，那么，这个地方就不会出现jtag_uart选项了。在所红圈2处，这个地方也不需要修改，不过有一个地方需要注意，就是SupportC++，这个库相对SmallClibrary要大，如果大家手中的板子没有FLASH，SDRAM这样大容量存储设备的话，选择SmallClibrary，用FPGA内部的SRAM，也可以跑些小程序。再说红圈3处，这个是一些有关内存的选项，默认就可以，不用修改。点击后，我们看看是什么样子（如下图），这里有两个关键点，一个是红圈1处，这个地方时配置编译器的优化级别，红圈2的地方是调试级别。编译器的优化级别会让你的生成的代码更小，当要求也很高，你的代码如果不严谨，有可能优化以后不好用了，大家要注意。调试级别是你在编译过程中显示编译内容多少，级别越高显示内容的越多，建议将调试级别调到最高。将上面设置好以后，点击Apply，然后点击OK，回到主页面。再添加一个c文件。如图所示：点击后，出现如下图所示，并命名一个点****.c文件*****代表你的c文件名，点击finish。出现如下图将下面程序复制上去，保存一下，在进行编译。（下面的注释不能以文字开头，必须以//开头）#includesystem.h#includealtera_avalon_pio_regs.h#includealt_types.hintmain(void){alt_u8led=0x02;//00000010alt_u8dir=0;//00000000volatileinti;while(1){//程序第一次执行的时候，第一个if语句和第二个if语句都不会执行的。//当led变量的值在else语句里面左移到10000000=0x80的时候，第一个if语句就满足执行的条件//当第一个if语句执行第一次（第寄数）之后，dir的变量值就为1，就满足第二个if语句执行//第二个语句执行的时候led变量值是从10000000右移到00000001if(led&0x81)//led为10000000；或者是00000001的时候这个If语句都会执行{dir=(dir^0x01);//1}if(dir)//1{led=led1;//LED右移动显示led=10000000;}else{led=led1;//LED左移动显示//0000010;}IOWR_ALTERA_AVALON_PIO_DATA(LED_BASE,led);//赋值i=0;while(i100000)//延时i++;}return0;}复制好后接着进行编译。编译好以后，大家可以看到下面界面，红圈处说明了，编译完成。（无错误显示0error）③．运行按下图点击下载选中helloword.sof文件下载好后进行下面的操作对于NIOSIDE提供了几种方法来验证，一种是直接硬件在线仿真，一种是软件仿真。我们先说第一种硬件在线仿真，很显然这种方案需要硬件配置，一块开发板，一个仿真器（仿真器就是大家用的USB-BLASTER或者BYTE-BLASTER）。将仿真器与开发板的JTAG口相连。安装好以后，我们进行下面的操作，点击红圈处NiosIIHardware。点击后，可以看观察栏的控制台（Console）。说完第一种硬件在线仿真以后，我们再说说软件仿真。软件仿真不需要硬件，电脑单独运行即可，按下图所示操作，点击红圈处，NiosIIInsructionSetSimulator。点击（yes）双击红圈处，设置断点全速运行，观察下面图的红圈。可看到变化。扩展实验程序：（花样流水灯）//////////////////////////////////////////////////使用的是CPU内部内存//NIOSII的工程路径最好不要有汉字和一些特殊字符，最好用英文////////////////////////////////////////////////#includesystem.h#includealtera_avalon_pio_regs.h#includealt_types.h/*流水灯花样，低电平点亮，注意调用时候用了取反操作*/constalt_u32LED_TBL[]={0x00,0xFF,//全部熄灭后，再全部点亮0x01,0x02,0x04,0x08,0x10,0x20,0x40,0x80,//依次逐个点亮0x01,0x03,0x07,0x0F,0x1F,0x3F,0x7F,0xFF,//依次逐个叠加0xFF,0x7F,0x3F,0x1F,0x0F,0x07,0x03,0x01,//依次逐个递减0x81,0x42,0x24,0x18,0x18,0x24,0x42,0x81,//两个靠拢后分开0x81,0xC3,0xE7,0xFF,0xFF,0xE7,0xC3,0x81//从两边叠加后递减};/*********************************************************************名称：main()*功能：控制LED流水显示。********************************************************************/intmain(void){alt_u8i;alt_u32j;while(1){for(i=0;i42;i++){/*流水灯花样显示*/IOWR_ALTERA_AVALON_PIO_DATA(LED_BASE,~LED_TBL[i]);j=0;while(j100000)//延时j++;}}return0;}接下来，我们总结一下这节内容。我们来对比一下寄存器操作方式不API之间有什么联系和异同，上面癿程序，如果用NIOSIIIDE提供的API来写，那么如下图所示IOWR_ALTERA_AVALON_PIO是一个宍，在altera_avalon_pio_regs.h中，其定义如下（大家可以按住ctrl键后，用鼠标点击进入定义所在的位置）大家可以看到，它是一个IOWR的宏，而IOWR的具体写法我就在此不详细说了（大家感兴趣的可以去NIOS的源码），反正就是对硬件地址的控制。我的做法就是绕过这个大圈子，直接去控制它的寄存器。大家可能有点纳闷，我们的结构体中定的了四个变量，但却用了DATA一个，在这说明一下原因，首先是DIRECTION。返个是IO的方向，就是说是输入还是输出，或者是双向的。因为在我们构建PIO模块的构成中有了一个选项，如下图所示，红圈2，我们选择了输出（Outputportsonly），也就是我们在底局就已经固定了它的方向，所以在软件中就还需要在定义了。还有两