NIOS设计过程实例讲解(二)

心仪

NIOS设计过程实例讲解(二) [复制链接]

接下来在把我们的“数码管控制器”加入sopc builder系统中。
    现在几乎所有讲nios的书都会提及自定义用户外设，而且用的都是altera官方提供的例子PWM，本文的“数码管控制器”就是照着它依葫芦画瓢改过来 的，呵呵，惭愧惭愧，之所以想改它，一是因为它用的是verilog而不是VHDL，而大多数人先接触却是VHDL；二来PWM的显示效果似乎不太明显， 改成数码管显示相对比较有成就感；第三，PWM的逻辑稍微有一点点复杂，我们的重点在于说明怎样自定义外设，当然例子越简单越好。
    既然是照着PWM原样改的，所以本文工程的结构与之保持高度一致，将其加入sopc builder的步骤也差不多，这里我就不再码字了，各位照着书上做吧：
    《SOPC嵌入式系统基础教程（周立功等著）》第8章……
    再接下来，建立一个包含“数码管控制器”的nios系统，并编写应用程序，实现从0到9计数。
    贴张官方的nios设计流程图，看起来很漂亮是吧，不愧是altera的东西，大而全而不乱。
  
       先说最中间的"SOPC Builder"，它的任务是建立一个“以Nios CPU为核心，以Avalon总线为纽带，将各种硬件设备连接起来”的nios系统；这个系统要在FPGA中运行，所以必须挂靠一个Quartus II工程，用左边的Quartus II进行分配引脚等等工作，生成硬件系统；接着，右边的Nios II IDE就可以在这个硬件系统上设计应用程序了；最后将硬件系统和软件程序分别下载到FPGA芯片上，大功告成。
       下面step by step
       <1> Quartus II 新建一个工程名，工程名"DE2_SEG7"。
       <2> "Tool" → "SOPC Builder" 打开SOPC Builder。
       <3> "System Name": nios2_system   选VHDL。
       一个包含“数码管控制器”的最小系统至少由3部分组成：CPU必不可少，RAM存储代码，还有刚才设计的"seg7_avalon"。
       <4> 加入"Nios II Processor"，选"Nios II/e"，精简型够用了。
       <5> 加入"On-Chip Memory"，类型选"RAM"，位宽默认"32 bits"，"Total Memory"选"48Kbytes"，等会儿软件要占用四十多K空间。
       <6> 加入"seg7_avalon"。
       <7> 将这三个组件的名称改好看点，然后设定RAM的基地址为"0x00000000"，再右键锁定基地址，如图：
  
       为什么要锁定RAM的基地址为0呢？点选第二个选项卡，可以看到"Reset Address"对应着RAM，系统的复位肯定要从地址0开始。
  
       <8> 由于刚才人为改动了地址分配，弄乱了，让系统自动再分配一次，当然被锁定的RAM基地址是不会变的。"System" →"Auto-Assign Base Addresses"。最终系统组件列表如下：
  
    注意，seg7的地址范围是"0x00010800"→"0x00010807"，占8个地址，nios系统的地址按字节分配，也就是说，每个字节占用一 个地址，数码管控制器中定义了两个寄存器，avalon总线规定每个寄存器占32位（实际上是不是32位它就不管了，反正按最大32位分配），这样两个寄 存器共占去8个字节，自然需要8个地址。
       <9> 点击"Generate"生成nios系统，回到Quartus II。
       <10> 新建一个顶层文件"File"→"New"→"Block Diagram/Schematic File"，引入nios II系统，增加输入输出引脚。然后，"Assignment"→"Import Assignment"，添加引脚分配文件（在DE2光盘目录下的DE2_tutorialsdesign_files DE2_pin_assignments.csv），改动顶层文件的引脚名称使其与.csv文件中保持一致。
  
       <11> 编译，查看编译报告，可见，48K的RAM占用了芯片83%的memory bits，差不多耗光了。
  
       <12> 硬件部分已经搞定，关掉Quartus II，打开Nios II IDE，切换到工作目录下。
       <13> "File"→"New"→"C/C++ Application"，"SOPC Builder System"选择"nios2_system.ptf"（就是刚才Generate Nios II系统生成的东东），再选模板"Hello World"（纯属偷懒 ），顶上的"name"改成"seg_example"，"Finish"。
       <14> 改动hello_world.c，代码的功能为：先初始化数码管，等待2秒钟，再进行0-9的循环，循环过程中穿插2秒钟的清屏。SEG7_BASE的宏 定义在system.h中，实际上就是在SOPC Builder中的seg7_avalon的基地址0x00010800。
  
       <15> "Project"→"Build Project"，得到编译报告，软件占用了7K空间……
  
       <16> 下载到DE2板上，运行，数码管不停地闪啊闪。
       OK，从硬件到软件的一条龙讲完了。