【工程源码】给NIOS II CPU增加看门狗定时器并使用

小梅哥

【工程源码】给NIOS II CPU增加看门狗定时器并使用 [复制链接]

 

本文和设计代码由FPGA爱好者小梅哥编写，未经作者许可，本文仅允许网络论坛复制转载，且转载时请标明原作者。

配置看门狗定时器：
1. 设置计时溢出时间为1秒
2. 计数器位宽为32位
3. 勾选No Start/Stop control bits
4. 勾选Fixed period
5. 不勾选Readable snapshot
6. 勾选System reset on timeout.(Watchdog)
7. 不勾选Timeout Pulse （1 clock wide）
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这部分配置可以参见“Embedded Peripheral IP User Guide.pdf”中Interval Timer Core章下的Configuration节下的Configuring the Timer as a Watchdog Timer小节相关内容。
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添加完成后，将核名字改为watchdog（当然也可以自己定义），然后将clk信号连接到系统clk上，reset与所有reset网络信号相连（不包括clk核的reset_in），将s1连接到nios cpu的data_master上，点击连接irq，将resetrequest连接到所有核的reset输入上。
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然后生成QSYS系统。
创建Quartus II工程并编写顶层文件。如果是在上一节实验的基础上增加的看门狗核，则不需要对Quartus II工程做任何更改，直接全编译即可。否则请按照我们提供的示例工程创建Quartus II工程并编写顶层文件。
打开NIOS II 开发软件，切换工作空间到当前工程目录，如果整个工程是直接复制上一个实验的工程得到的，则工作空间中还会有上一个实验的软件工程，这里需要首先删除工作空间中已经有的工程，注意，不要删除工程源文件，因为这时候工程源文件还是指向了上一个工程的源文件所在位置，直接删除源文件会破坏上一个实验的工程。然后在software目录下手动删除原有的工程文件。
接着点击【File】->【New】->【Nios II Application and BSP from Template】打开创建新工程和板级支持包向导。
 
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然后选择sopcinfo文件为本工程目录下的sopcinfo文件（注意，软件总是记住上一次选择sopcinfo文件时的路径，因此这里特别容易出错，我们需要手动重新定位目录，软件自动打开的那个目录下的sopcinfo文件往往都是上一个实验的，不能使用）创建hello world模版工程，命名工程为watchdog_test。然后点击finish即可创建新工程。
 
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复制上一个工程中软件工程中的【hardware】文件夹到本工程下的【watchdog_test】文件夹下，最好直接在电脑的文件管理器中进行（对Eclipse使用非常熟练的，请尽情使用拖拽添加的方式）。复制完成后，选中【watchdog_test】工程，单击右键，选择【Refresh】，就可以在工程中看到【hardware】文件夹了。
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接着我们添加【hardware】下的【inc】路径到工程头文件包含路径中来。我们选中【watchdog_test】工程，按下键盘组合键“ATRL + Enter”键打开【Properties】设置界面，选择Nios II Application Properties下的Nios II Application Paths，在右侧的Application include directories下，点击Add按钮，添加hardware/inc到包含路径中。然后在弹出的对话框中点击Yes，即可将此路径添加为我们的头文件包含路径。如果用户之后自己有其他的头文件路径需要添加，也是按照这种方法进行。
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接着我们查看下Project References中是否勾选了watchdog_test_bsp工程，如果没有勾选的话，当工程关闭了重新打开时，工程有可能会报各种无法理解的错误（当一个workspace中有多个应用工程时）。这里我们需要确认这个选项被勾选上了。
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然后我们再在C/C++ General下的Indexer下，勾选按照下图中所示进行勾选。通过这样勾选后，一般工程不管怎么折腾，都不会出现xxxx 'xxxx' could not be resolved的报错了。
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设置完成后，我们点击Apply，然后点击OK退出。
然后我们选中【watchdog_test_bsp】工程，单击右键选择【Nios II】->【BSP Editor】，设置sys_clk_timer为none，（软件会默认搜索工程中存在的定时器外设并添加为sys_clk_timer），因此我们这里可能看到打开时默认将watchdog设置为了sys_clk_timer，所以我们要手工更改为none，如果不更改，系统将不能正常运行。Timestame_timer设置为none。Stdin、stdout、stderr都设置为uart_0。（默认为jtag_uart，但是jtag_uart容易导致Eclipse崩溃，因此我一般不用）。设置完毕后点击generate，然后点击exit退出。
接着我们在hardware/src目录下创建一个“watchdog.c”文件，编写内容如下：
#include "watchdog.h"

/******************************************
 * 驱动使用的看门狗定时器基地址，独立定义，然后初
 * 始化时由用户输入具体基地址名称，避免不同用户对看
 * 门狗定时器不同的命名带来的程序移植性问题。
******************************************/
alt_u32 WTD_BASE;

/******************************************************************
* 名    称：WatchDog_Init()
* 功    能：初始化WatchDog,即开启看门狗定时器；
*         需要注意的是，看门狗定时器一旦开启，无法关闭。
* 入口参数：WATCHDOG_BASE :看门狗定时器基地址
* 出口参数：无
******************************************************************/
void  WatchDog_Init(void *MyWatchDog_BASE)
{
    //将系统的watchdog基地址传递给驱动使用的基地址
    WTD_BASE = MyWatchDog_BASE; 
    /* 启动 WATCHDOG */
   IOWR_ALTERA_AVALON_TIMER_CONTROL(WTD_BASE, 
           ALTERA_AVALON_TIMER_CONTROL_START_MSK);
}

/******************************************************************
* 名    称：WatchDog_Feed()
* 功    能：看门狗喂狗操作，向看门狗寄存器写入任意值即可完成看门狗复位
* 入口参数：无
* 出口参数：无
******************************************************************/
void  WatchDog_Feed(void)
{
    IOWR_ALTERA_AVALON_TIMER_PERIODL(WTD_BASE, 0x1234);
}

接着我们在hardware/inc目录下创建一个“watchdog.h”文件，编写内容如下：

#include "system.h"
#include "altera_avalon_timer_regs.h"
#include "alt_types.h" //Altera定义的数据类型

#ifndef WATCHDOG_H_
#define WATCHDOG_H_

void  WatchDog_Init(void *MyWatchDog_BASE);
void  WatchDog_Feed(void);

#endif /* WATCHDOG_H_ */

最后我们编写main文件函数如下所示：
/******************************************************************
* 文 件 名：main.c
* 功    能：运行WDT，并控制LED0--LED3显示输出。程序开始先对LED0--LED3进行闪烁控制
*           和喂狗处理；然后只点亮LED1，并进入死循环，等待WDT复位。
* 说    明：
******************************************************************/
#include <stdio.h>
#include "key.h"
#include "led.h"
#include "uart.h"
#include "string.h"
#include "stdlib.h"
#include "priv/alt_busy_sleep.h"
#include "watchdog.h"

//#define USE_WTD 1 //该宏定义决定系统中的看门狗是否被使用

/******************************************************************
* 名    称：DelayNS()
* 功    能：长软件延时，具有喂狗功能。
* 入口参数：dly    延时参数，值越大，延时越久
* 出口参数：无
******************************************************************/
void  DelayNS(alt_u32  dly)
{
    alt_u32  i;
    for(; dly>0; dly--)
    {
        for(i=0; i<1000; i++)
        {
            #ifdef USE_WTD
                WatchDog_Feed();    //喂狗
            #endif
        }
    }
}

/******************************************************************
* 名    称：main()
* 功    能：初始I/O口及WDT，然后开始先对LED0--LED3闪烁控制，并进行喂狗处理；
*           然后只点亮LED1，并进入死循环，等待WDT复位。
* 说    明：如果main函数中InitWDT()被使用，则系统会自动复位，现象就是led永远不停的闪烁
*            如果main函数中InitWDT()被屏蔽，则系统无法自动复位，现象就是led闪烁8次后
*            停止下来，led0保持点亮
******************************************************************/
int main(void)
{
    alt_u8  i;

    LED_HANDLE hLED;
    hLED = LED_Init(PIO_LED_BASE);
    if (!hLED) {
        printf("Failed to init LED\n");
    }

#ifdef USE_WTD
    //屏蔽此句可以禁止使用看门狗，用来测试不使用看门狗时的系统运行情况
    WatchDog_Init(WATCHDOG_BASE);              // 初始化看门狗
    WatchDog_Feed();              // 进行喂狗操作
#endif

    for(i=0; i<8; i++)
    {
        //点亮LED0和LED2，熄灭LED1和LED3
        LED_WriteData(hLED, LED0 | LED2);
        DelayNS(300);

        //点亮LED1和LED3，熄灭LED0和LED2
        LED_WriteData(hLED, LED1 | LED3);
        DelayNS(300);
    }
    //关闭LED0~3
    LED_Off(hLED, LED0 | LED1 | LED2 | LED3);
    LED_On(hLED, LED1); //打开LED1
    while(1);
    return(0);
}

这样我们的软件就编写完成了，接着我们点击键盘的组合键“CTRL + B”（或者依次点击【Project】【Build All】）来编译整个工程。
接着我们在Quartus II中打开配置下载窗口将sof文件下载到FPGA中，然后在Eclipse中点击【Run】->【Run Configuration】，在弹出的界面中，双击左侧的【Nios II Hardware】新建一个下载设置，将name更改为Watchdog_test，与工程名保持一致。右侧Project Name选择Watchdog_test，如下图所示：
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然后切换到Target Connection选项卡，查看如果Connections下能找到USB Blaster就行，如果不能找到，就点击Refresh Connections，以让软件找到连接。在System ID Checks下勾选忽略System ID和timestamp，如下图所示：
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然后点击Apply，再点击Run即可开始下载。下载完成后，我们看到开发板上的4个LED灯闪烁8次后停止下来，这是因为没有使用watchdog的缘故，程序正常运行到while（1）处进入死循环。
接着，我们将“//#define USE_WTD 1”这一行前面的“//”注释标识符取消，然后重新编译工程，并运行下载。这里我们可以看到，开发板上的4个LED灯将持续不停的闪烁。这是因为当程序运行到while(1)死循环中后，不再有喂狗操作，因此看门够计数溢出，然后复位系统，系统重新开始运行，则LED重新开始闪烁，如此持续不断的进行。