NIOS實(shí)例教程課件

1NiosⅡ設(shè)計(jì)實(shí)例教程一、NiosⅡ集成開發(fā)環(huán)境（IDE）介紹二、NiosⅡ嵌入式處理器系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程三、設(shè)計(jì)實(shí)例—NIOS驅(qū)動(dòng)字符液晶內(nèi)容概要2NiosⅡ集成開發(fā)環(huán)境（IDE）介紹NiosⅡIDE是NiosⅡ系列嵌入式處理器的基本軟件開發(fā)工具，包括程序的編輯、編譯、調(diào)試和下載運(yùn)行。NiosⅡIDE使用方法和VisualC++類似。NiosⅡIDE為軟件開發(fā)提供了4個(gè)功能：工程管理器；編輯器和編譯器；調(diào)試器；閃存編程器。3NiosⅡ集成開發(fā)環(huán)境（IDE）介紹（1）新工程向?qū)ё詣?dòng)建立C/C++應(yīng)用程序工程和系統(tǒng)庫(kù)工程。（2）軟件工程模板提供軟件代碼實(shí)例，幫助用戶盡快推出可運(yùn)行的系統(tǒng)（3）軟件組件（系統(tǒng)軟件）NiosⅡ運(yùn)行庫(kù)（或稱為硬件抽象層HAL）；輕量級(jí)IPTCP/IP庫(kù)；μC/OSⅡ?qū)崟r(shí)操作系統(tǒng)（RTOS）；Altera壓縮文件系統(tǒng)。1.工程管理器5NiosⅡ集成開發(fā)環(huán)境（IDE）介紹（1）基本調(diào)試功能運(yùn)行控制；調(diào)用堆棧查看；軟件斷點(diǎn)；反匯編代碼查看；調(diào)試信息查看；指令集仿真器。（2）高級(jí)調(diào)試功能硬件斷點(diǎn)調(diào)試ROM或閃存中的代碼；數(shù)據(jù)觸發(fā)；指令跟蹤。3.調(diào)試器（3）調(diào)試信息查看使用戶可以訪問(wèn)本地變量、寄存器、存儲(chǔ)器、斷點(diǎn)以及表達(dá)式賦值函數(shù)。（4）連接多種目標(biāo)FPGA開發(fā)板（通過(guò)JTAG）；指令集仿真器；硬件邏輯仿真器。6NiosⅡ集成開發(fā)環(huán)境（IDE）介紹4.閃存編程器閃存可用來(lái)存儲(chǔ)FPGA配置數(shù)據(jù)和/或NiosⅡ編程數(shù)據(jù)。NiosⅡIDE閃存編程器可對(duì)連接到FPGA的兼容通用閃存接口（CFI）的閃存器件、或Altera串行配置器件進(jìn)行編程。內(nèi)容類型說(shuō)明系統(tǒng)固定軟件用于NiosⅡ處理器復(fù)位時(shí)從閃存中導(dǎo)入啟動(dòng)程序FPGA配置數(shù)據(jù)使用配置控制器，F(xiàn)PGA能夠在上電復(fù)位時(shí)從閃存獲取配置數(shù)據(jù)任意二進(jìn)制數(shù)據(jù)開發(fā)人員可以將任何二進(jìn)制數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到閃存內(nèi)，如圖形、音頻等表7-3編程到閃存中的通用內(nèi)容類型7NiosⅡ嵌入式處理器系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程1.硬件設(shè)計(jì)過(guò)程（1）創(chuàng)建一個(gè)QuqrtusⅡ工程（2）創(chuàng)建NiosⅡ系統(tǒng)模塊啟動(dòng)SOPCBuilder添加CPU和外圍器件指定基地址系統(tǒng)設(shè)置生成系統(tǒng)模塊（3）將NiosⅡ系統(tǒng)模塊符號(hào)添加到BDF文件中（4）編譯QuqrtusⅡ工程（5）配置FPGA9設(shè)計(jì)實(shí)例—NIOS驅(qū)動(dòng)字符液晶一、設(shè)計(jì)要求與軟硬件規(guī)劃二、硬件部分設(shè)計(jì)三、軟件部分設(shè)計(jì)內(nèi)容概要10設(shè)計(jì)實(shí)例—NIOS驅(qū)動(dòng)字符液晶一、設(shè)計(jì)要求與軟硬件規(guī)劃本節(jié)介紹NIOS驅(qū)動(dòng)字符液晶的軟、硬件方案設(shè)計(jì)以及具體的軟件實(shí)現(xiàn)。

1.系統(tǒng)功能在NIOS系統(tǒng)上控制LCD顯示任意字符；

2.硬件系統(tǒng)組成規(guī)劃本系統(tǒng)需使用的外圍器件包括：

1）LCD：電子鐘顯示屏幕；2）SRAM存儲(chǔ)器：程序運(yùn)行時(shí)將其導(dǎo)入SRAM；

3）EPCSSerialFlashController。11設(shè)計(jì)實(shí)例—NIOS驅(qū)動(dòng)字符液晶2.硬件系統(tǒng)組成規(guī)劃（續(xù)）在SOPCBuilder中建立系統(tǒng)要添加的模塊包括：

1）NiosⅡ32bitsCPU

2）按鍵PIO;3）LCDDisplay；

4）外部RAM接口；5）重新配置請(qǐng)求PIO；

6）JTAGUARTInterface；

7）EPCSSerialFlashController。13設(shè)計(jì)實(shí)例—NIOS驅(qū)動(dòng)字符液晶端口定義表（續(xù)）序號(hào)名稱輸入/輸出描述10LCD_E_from_the_lcd_displayOutLCD使能信號(hào)11LCD_RW_from_the_lcd_displayOutLCD讀寫信號(hào)12LCD_RS_from_the_lcd_displayOutLCD端口尋址信號(hào)13LCD_data_to_and_from_the_lcd_display[7..0]InoutLCD數(shù)據(jù)14設(shè)計(jì)實(shí)例—NIOS驅(qū)動(dòng)字符液晶二、硬件部分設(shè)計(jì)1）創(chuàng)建一個(gè)QuartusⅡ工程（1）啟動(dòng)QuartusⅡ（2）創(chuàng)建工程quartus_nios2_project ①建立一個(gè)工程，取名為quartus_nios2_project.qpf，選擇元件為Cyclone庫(kù)的EP2C8Q208； ②新建設(shè)計(jì)文件quartus_nios2_project.bdf

最簡(jiǎn)單的方法是沿用NiosⅡIDE已給示例的硬件設(shè)計(jì)！15打開已有的設(shè)計(jì)sram_11.bdf設(shè)計(jì)實(shí)例—NIOS驅(qū)動(dòng)字符液晶17需從SOPCBuilder的元件池中選擇以下元件加入到當(dāng)前系統(tǒng)中：NiosⅡ32bitCPU、JTAGUART接口、、LCDDisplay、外部RAM接口。

①添加NiosⅡ32bitCPU在模塊池的AvalonModule下選擇NiosⅡProcessor-AlteraCorporation；點(diǎn)擊Add，出現(xiàn)設(shè)置向?qū)ВJ(rèn)名為cpu_0）； 在NiosⅡCore頁(yè)中選擇NiosⅡ/S，在Caches&TightlycoupledMemoris頁(yè)中選擇InstuctionsCaches為4Kbytes，在JTAGDebugModule頁(yè)中選擇Level1；點(diǎn)擊Finish返回主窗口，將cpu_0重命名為cpu。（2）添加CPU和外圍器件設(shè)計(jì)實(shí)例—NIOS驅(qū)動(dòng)字符液晶181添加NiosⅡ32bitCPU設(shè)計(jì)實(shí)例—NIOS驅(qū)動(dòng)字符液晶19

在模塊池中選擇Communication->JTAGUART，點(diǎn)擊Add，會(huì)出現(xiàn)JTAGUART-jtaguart_0的設(shè)置向?qū)В?/p>

保持系統(tǒng)默認(rèn)的選項(xiàng)，點(diǎn)擊Finish，返回主窗口；將jtaguart_0重命名為jtag_uart。

2添加JTAGUARTInterface設(shè)計(jì)實(shí)例—NIOS驅(qū)動(dòng)字符液晶21

根據(jù)開發(fā)板類型在元件池中選擇相應(yīng)的SRAM，在本例中選擇UNVERSITY-MEMORRY-SRAM/SSRAMController，點(diǎn)擊Add，會(huì)出現(xiàn)SRAM設(shè)置向?qū)В?添加外部RAM接口在Configuration欄中，確定存儲(chǔ)器為DE1；其余保持系統(tǒng)默認(rèn)的選項(xiàng)，點(diǎn)擊Finish，返回主窗口； 設(shè)計(jì)實(shí)例—NIOS驅(qū)動(dòng)字符液晶22設(shè)計(jì)實(shí)例—NIOS驅(qū)動(dòng)字符液晶

根據(jù)開發(fā)板類型在元件池中選擇相應(yīng)的LCD，在本例中選擇Character，點(diǎn)擊Add，會(huì)出現(xiàn)下面頁(yè)面；5LCD接口其余保持系統(tǒng)默認(rèn)的選項(xiàng)，點(diǎn)擊Finish，返回主窗口； 23設(shè)計(jì)實(shí)例—NIOS驅(qū)動(dòng)字符液晶最終的NiosⅡ系統(tǒng)模塊配置25設(shè)計(jì)實(shí)例—NIOS驅(qū)動(dòng)字符液晶（5）生成NiosⅡ系統(tǒng)模塊①選擇SystemGerneration標(biāo)簽頁(yè)；②在SystemGerneration中選中HDL選項(xiàng)；如果安裝了ModelSim軟件并需要仿真此設(shè)計(jì)，可以選擇Simulation選項(xiàng)；③點(diǎn)擊Generate，則生成系統(tǒng)模塊，成功則顯示“SUCCESS:SYSTEMgenerationwassuccessful”；④

點(diǎn)擊Exit退出SOPCBuilder。26設(shè)計(jì)實(shí)例—NIOS驅(qū)動(dòng)字符液晶3）將NiosⅡ系統(tǒng)模塊的符號(hào)添加到BDF文件中

在生成過(guò)程中，SOPCBuilder會(huì)生成NiosⅡ系統(tǒng)模塊的符號(hào)(Symbol)，可以將該符號(hào)像添加其它QuartusⅡ符號(hào)一樣添加到當(dāng)前項(xiàng)目的BDF文件quartus_nios2_project.bdf中。（1）雙擊BDF文件空白處，出現(xiàn)Symbol對(duì)話框，選擇Project->first_nios2_system；27設(shè)計(jì)實(shí)例—NIOS驅(qū)動(dòng)字符液晶（2）點(diǎn)擊OK按鈕，將其添加到BDF文件中；（3）將first_nio2_system模塊與輸入輸出引腳相連，指定目標(biāo)器件，并進(jìn)行引腳鎖定，完成系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)；（4）保存BDF文件。29設(shè)計(jì)實(shí)例—NIOS驅(qū)動(dòng)字符液晶三、軟件部分設(shè)計(jì)1.創(chuàng)建一個(gè)NiosⅡIDE工程（1）啟動(dòng)NiosⅡIDE

5.0既可以在“開始>所有程序>Altera”中啟動(dòng)，也可以直接在SOPCBuilder

的SystemGeneration標(biāo)簽頁(yè)中單擊“RunNiosⅡIDE”按鈕來(lái)啟動(dòng)。則彈出如下對(duì)話框，提示用戶選擇一個(gè)工作空間來(lái)存儲(chǔ)所有的工程，選擇系統(tǒng)默認(rèn)的目錄即可。30設(shè)計(jì)實(shí)例—NIOS驅(qū)動(dòng)字符液晶（2）建立新的軟件工程lcdcontroller

①執(zhí)行File->New->C/C++application命令；

②在彈出的NewProject對(duì)話框中，Name欄填入新建軟件工程名lcdcontroller，SOPCBuilderSystem欄選擇剛才修改的NiosⅡ系統(tǒng)模塊cpu_0，CPU項(xiàng)選擇cpu，左側(cè)的SelectProjectTemplete域中，選擇BlankProject，點(diǎn)擊next；

③在彈出的對(duì)話框中選擇creat

anewsystemnamed…單選鈕，點(diǎn)擊Finish,則在QuartusⅡ的工作目錄elec_timer_std下自動(dòng)生成software文件夾，新創(chuàng)建的工程elec_timer_std會(huì)出現(xiàn)在C/C++工程瀏覽器中，同時(shí)會(huì)自動(dòng)創(chuàng)建一個(gè)系統(tǒng)庫(kù)工程<軟件工程名>_syslib。31設(shè)計(jì)實(shí)例—NIOS驅(qū)動(dòng)字符液晶新建C/C++工程軟件工程名用戶定制的NiosⅡ系統(tǒng)模塊32設(shè)計(jì)實(shí)例—NIOS驅(qū)動(dòng)字符液晶創(chuàng)建軟件工程后的NiosⅡIDE工作界面軟件工程系統(tǒng)庫(kù)工程33設(shè)計(jì)實(shí)例—NIOS驅(qū)動(dòng)字符液晶（1）創(chuàng)建頭文件在NiosⅡIDE左側(cè)的C/C++工程瀏覽器中，選擇lcdcontroller，執(zhí)行“File>new>file”菜單命令，或點(diǎn)擊鼠標(biāo)右建，選擇new>headfile，在彈出的對(duì)話框中，鍵入basic_io.h。（2）創(chuàng)建源文件在C/C++工程瀏覽器中，選擇lcdcontroller

，點(diǎn)擊鼠標(biāo)右建，選擇new>file，在彈出的對(duì)話框中，鍵入test.c。

然后設(shè)計(jì)源程序……，保存。2.建立源文件time.c和頭文件time.h34設(shè)計(jì)實(shí)例—NIOS驅(qū)動(dòng)字符液晶在左側(cè)的C/C++工程瀏覽器中，選擇elec_timer_std，點(diǎn)擊鼠標(biāo)右鍵，在彈出菜單中選擇BuildProject；或執(zhí)行“Project>BuildAll”菜單命令。編譯完成后會(huì)在Task瀏覽器中顯示警告和錯(cuò)誤信息。3.編譯工程

如果編譯出現(xiàn)錯(cuò)誤，則根據(jù)提示信息改正程序錯(cuò)誤或工程設(shè)置，重新編譯，直到無(wú)任何錯(cuò)誤為止。35設(shè)計(jì)實(shí)例—NIOS驅(qū)動(dòng)字符液晶NiosⅡIDE提供三種運(yùn)行平臺(tái)，分別為NiosⅡHardware、NiosⅡInstructionSetSimulator和NiosⅡModelSim；這里選擇NiosⅡHardware作為平臺(tái)。步驟：執(zhí)行Run->Run命令，彈出Run對(duì)話框；在左邊的Configration欄雙擊NiosⅡHardware

，出現(xiàn)運(yùn)行設(shè)置對(duì)話框，在Main標(biāo)簽頁(yè)中選擇工程名為elec_timer_std，在TargetConnection標(biāo)簽頁(yè)中確認(rèn)JTAGc