课程目标：学习并掌握完整的SOPC开发流程。

开发环境：Quartus15.1

学习内容：1、使用QSYS工具建立能够运行流水灯项目的NIOS II处理器系统

　　　　　2、在quartus ii中添加NIOS II 系统文件（完成SOPC系统搭建）；

　　　　　3、在nios II EDS中创建NIOS ii软件工程，实现流水灯代码；

　　　　　4、在开发板上运行流水灯程序。

设计流程：

创建一个新的project 工程

新建一个GHRD.v顶层文件

打开QSYS

选择最新的NIOS II CPU 核

由于是第一次使用NIOS ii 的CPU 核，所以选择默认的设置点击finish即可

添加on-chip-ram作为CPU的运行内存

修改一下内存大小，保证内存足够大

添加只输出型的四位PIO

同样，将其重命名为易观察的名字

主要单元添加完毕后，即可进行总线类型的连接了

首先是数据总线主机与从机相连

然后是指令总线与从机存储数据的模块的数据总线相连

连接时钟

创建全局复位网络

连接完毕后的连接图

导出PIO信号

分配基地址

此时，警告框还是有两个错误，这是因为，在设置CPU时，没有设置复位地址和异常地址，双击nios2_gen2_0,将vector指向指令存储器

保存并生成.qsys文件

生成HDL文件

生成例化模板

点击copy，将内容粘贴到之前创建的GHRD的顶层文件中

至此，系统的NIOS II处理器就搭建完成了

下面就是对SOPC系统进行完善，在quartus II 软件中添加NIOS ii处理器系统并分配引脚

添加quartus II处理器系统QSYS文件

对顶层的GHRD文件进行编写

  1. module GHRD(
  2.                                     clk50m,
  3.                                     rst_n,
  4.                                     led,
  5.                                     );
  6.                                     input clk50m;
  7.                                     input rst_n;
  8.                                     output [:]led;
  9.     cpu u0 (
  10.         .clk_clk        (clk50m),      //     clk.clk
  11.         .reset_reset_n  (rst_n),  //   reset.reset_n
  12.         .pio_led_export (led)  // pio_led.export
  13.     );
  14.  
  15.      endmodule

编译完成了可以对比编译结果查看自己所用的FPGA，观察逻辑结构是否够用，由图可知是够用的。

分配引脚

编写EDS代码

打开后将工作空间设置到GHRD开发环境的工作空间

新建一个模板工程

led_run_bsp的板级支持包的工程结构

为了保证工程在后面可以直接调用，这里新建一个文件夹来编写代码

在文件夹下创建两个文件夹啊inc(存放头文件.h)src（存放源文件.c）

创建一个.h文件

编写led.h代码

  1. #ifndef LED_H_
  2. #define LED_H_
  3.  
  4. #include"system.h"
  5. #include"altera_avalon_pio_regs.h"
  6. #include"alt_types.h"
  7.  
  8.     typedef void *LED_HANDLE;
  9.  
  10.     typedef struct{
  11.  
  12.         alt_u32 led_base;
  13.         alt_u32 led_data;
  14.  
  15.     }CoreCourse_LED;
  16.  
  17.     #define LED_ALL_OFF 0xffffffff
  18.  
  19.     #define LED0    0x00000001
  20.     #define LED1    0x00000002
  21.     #define LED2    0x00000004
  22.     #define LED3    0x00000008
  23. /*
  24.     #define LED4    0x00000010
  25.     #define LED5    0x00000020
  26.     #define LED6    0x00000040
  27.     #define LED7    0x00000080
  28.     #define LED8    0x00000100
  29.     #define LED9    0x00000200
  30.     #define LED10    0x00000400
  31.     #define LED11    0x00000800
  32.     #define LED12    0x00001000
  33.     #define LED13    0x00002000
  34.     #define LED14    0x00004000
  35.     #define LED15    0x00008000
  36.     #define LED16    0x00010000
  37.     #define LED17    0x00020000
  38.     #define LED18    0x00040000
  39.     #define LED19    0x00080000
  40.     #define LED20    0x00100000
  41.     #define LED21    0x00200000
  42.     #define LED22    0x00400000
  43.     #define LED23    0x00800000
  44.     #define LED24    0x01000000
  45.     #define LED25    0x02000000
  46.     #define LED26    0x04000000
  47.     #define LED27    0x08000000
  48.     #define LED28    0x10000000
  49.     #define LED29    0x20000000
  50.     #define LED30    0x40000000
  51.     #define LED31    0x80000000
  52. */
  53.  
  54.     LED_HANDLE LED_Init(const alt_u32 led_base);
  55.     void LED_Off(CoreCourse_LED *p, alt_u32 ledx);
  56.     void LED_On(CoreCourse_LED *p, alt_u32 ledx);
  57.     void LED_Toggle(CoreCourse_LED *p, alt_u32 ledx);
  58.     void LED_WriteData(CoreCourse_LED *p, alt_u32 leds);
  59.  
  60. #endif /* LED_H_ */

创建一个.c空文件

同样编写led.c代码

  1. #include  "led.h"
  2. #include <string.h>
  3. #include <stdlib.h>
  4.  
  5. /******************************************************************************
  6. * 函数名  : LED_Init
  7. * 描述    : 初始化LED结构体并返回结构体指针地址
  8. * 输入    : led_base ，system.h中定义的LED的基地址
  9. * 输出    : 无
  10. * Return    :经过初始化的LED结构体指针
  11. *******************************************************************************/
  12. LED_HANDLE LED_Init(const alt_u32 led_base) {
  13.  
  14.     CoreCourse_LED *p;
  15.  
  16.     p = malloc(sizeof(CoreCourse_LED));
  17.     if (!p)
  18.         return p;
  19.  
  20.     memset(p, , sizeof(CoreCourse_LED));
  21.  
  22.     p->led_base = led_base;
  23.     p->led_data = 0xffffffff;
  24.  
  25.     IOWR_ALTERA_AVALON_PIO_DATA(p->led_base, p->led_data);
  26.  
  27.     return p;
  28. }
  29.  
  30. /******************************************************************************
  31. * 函数名  : LED_Off
  32. * 描述    : 关闭一个或多个LED
  33. * 输入    : p ，LED结构体指针
  34. *         ：LEDx，需要关闭的LED
  35. * 输出    : 无
  36. * Return    :无
  37. *******************************************************************************/
  38. void LED_Off(CoreCourse_LED *p, alt_u32 ledx) {
  39.     p->led_data = p->led_data | ledx;
  40.     IOWR_ALTERA_AVALON_PIO_DATA(p->led_base, p->led_data);
  41. }
  42.  
  43. /******************************************************************************
  44. * 函数名  : LED_On
  45. * 描述    : 打开一个或多个LED
  46. * 输入    : p ，LED结构体指针
  47. *         ：LEDx，需要打开的LED
  48. * 输出    : 无
  49. * Return    :无
  50. *******************************************************************************/
  51. void LED_On(CoreCourse_LED *p, alt_u32 ledx) {
  52.     p->led_data = p->led_data & (~ledx);
  53.     IOWR_ALTERA_AVALON_PIO_DATA(p->led_base, p->led_data);
  54. }
  55.  
  56. /******************************************************************************
  57. * 函数名  : LED_Toggle
  58. * 描述    : 翻转一个或多个LED
  59. * 输入    : p ，LED结构体指针
  60. *         ：LEDx，需要翻转的LED
  61. * 输出    : 无
  62. * Return    :无
  63. *******************************************************************************/
  64. void LED_Toggle(CoreCourse_LED *p, alt_u32 ledx) {
  65.     p->led_data ^= ledx;
  66.     IOWR_ALTERA_AVALON_PIO_DATA(p->led_base, p->led_data);
  67. }
  68.  
  69. /******************************************************************************
  70. * 函数名  : LEDS_WriteData
  71. * 描述    : 直接控制所有LED的状态，输入的LED将被点亮，未输入的将被关闭
  72. * 输入    : p ，LED结构体指针
  73. *         ：LEDx，需要点亮的LED
  74. * 输出    : 无
  75. * Return    :无
  76. *******************************************************************************/
  77. void LED_WriteData(CoreCourse_LED *p, alt_u32 leds){
  78.     p->led_data = leds;
  79.     IOWR_ALTERA_AVALON_PIO_DATA(p->led_base, p->led_data);
  80. }
  81.  
  82. /*    main函数中初始化示例代码
  83.  *
  84.  * LED_HANDLE hLED;
  85.     hLED = LED_Init(PIO_LED_BASE);
  86.     if (!hLED) {
  87.         //    printf("Failed to init LED\n");
  88.     }
  89. */
  90.  
  91. /*    LED_WriteData()函数使用示例代码
  92.  *
  93.  *LED_WriteData(hLED, LED0 | LED2); //LED0和LED2点亮，LED1和LED3关闭
  94.     }
  95. */
  96.  
  97. /*    LED_On()函数使用示例代码
  98.  *
  99.  *LED_On(hLED, LED0 | LED2);    //点亮LED0和LED2
  100.     }
  101. */
  102.  
  103. /*    LED_Off()函数使用示例代码
  104.  *
  105.  *LED_Off(hLED, LED1 | LED3);    //熄灭LED1和LED3
  106.     }*/
  107.  
  108. /*    LED_Toggle()函数使用示例代码
  109.  *
  110.  *LED_Toggle(hLED, LED3);        //翻转LED3
  111.     }*/

将helloworld.c文件更改为main.c文件，并编写main.c

  1. /********************************************************************
  2.  * 文 件 名：main.c
  3.  * 功    能：LED显示控制。
  4.  *           通过PIO直接控制4个LED产生亮灭效果
  5.  * 说    明：
  6.  *
  7.  ********************************************************************/
  8. #include  "system.h"
  9. #include  "altera_avalon_pio_regs.h"
  10. #include  "alt_types.h"
  11. #include  "led.h"
  12.  
  13. /******************************************************************************
  14. * 函数名  : DelayNs
  15. * 描述    : 简易延时
  16. * 输入    : 需要延时的数值
  17. * 输出    : 无
  18. * Return    :无
  19. *******************************************************************************/
  20. void DelayNs(alt_u32 i)
  21. {
  22.     while (i--)
  23.         ;
  24. }
  25.  
  26. /********************************************************************
  27.  * 名    称：main()
  28.  * 功    能：使用所有LED API控制LED运行
  29.  ********************************************************************/
  30. int main(void) {
  31.     alt_u32 i;
  32.     //volatile alt_u32 j;
  33.  
  34.     LED_HANDLE hLED;
  35.     hLED = LED_Init(PIO_LED_BASE);
  36.     if (!hLED) {
  37.         //    printf("Failed to init LED\n");
  38.     }
  39.  
  40.     while () {
  41.         //测试LED_WriteData函数功能
  42.         i = ;
  43.         while (i--){
  44.             LED_WriteData(hLED, LED0 | LED2); //LED1和LED3点亮，LED0和LED2关闭
  45.             DelayNs();
  46.  
  47.             LED_WriteData(hLED, LED1 | LED3); //LED0和LED2点亮，LED1和LED3关闭
  48.             DelayNs();
  49.         }
  50.  
  51.         LED_WriteData(hLED, LED_ALL_OFF);    //关闭所有的LED
  52.  
  53.         DelayNs();
  54.  
  55.         //测试LED_On函数和LED_Off函数功能
  56.         i = ;
  57.         while (i--){
  58.             LED_On(hLED, LED0 | LED2);    //点亮LED0和LED2
  59.             DelayNs();
  60.  
  61.             LED_On(hLED, LED1 | LED3);    //点亮LED1和LED3
  62.             DelayNs();
  63.  
  64.             LED_Off(hLED, LED0 | LED2);    //熄灭LED0和LED2
  65.             DelayNs();
  66.  
  67.             LED_Off(hLED, LED1 | LED3);    //熄灭LED1和LED3
  68.             DelayNs();
  69.         }
  70.  
  71.         LED_WriteData(hLED, LED_ALL_OFF);    //关闭所有的LED
  72.  
  73.         //测试LED_Toggle函数功能
  74.         i = ;
  75.         while (i--){
  76.             LED_Toggle(hLED, LED3);        //翻转LED3
  77.             DelayNs();
  78.         }
  79.     }
  80.     return ;
  81. }

添加led_run_bsp的路径

添加led.h的路径

对工程进行编译

将quartus之前生成的.sof文件烧写到FPGA开发板中，然后在NIOS ii中选择进行仿真运行

等待一会后会弹出如下界面，之后可以按照keil仿真的方法进行

实验现象http://v.youku.com/v_show/id_XMjk0NDQwOTQyOA==.html?spm=a2h3j.8428770.3416059.1

本文的源代码将在下篇文章上传，并讲解如何将别人的NIOS ii工程转换成自己开发可以使用的工程。

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