完整的SOPC开发流程体验

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

module GHRD(
                                    clk50m,
                                    rst_n,
                                    led,
                                    );
                                    input clk50m;
                                    input rst_n;
                                    output [:]led;
    cpu u0 (
        .clk_clk        (clk50m),      //     clk.clk
        .reset_reset_n  (rst_n),  //   reset.reset_n
        .pio_led_export (led)  // pio_led.export
    );

     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

#ifndef LED_H_
#define LED_H_

#include"system.h"
#include"altera_avalon_pio_regs.h"
#include"alt_types.h"

    typedef void *LED_HANDLE;

    typedef struct{

        alt_u32 led_base;
        alt_u32 led_data;

    }CoreCourse_LED;

    #define LED_ALL_OFF 0xffffffff

    #define LED0    0x00000001
    #define LED1    0x00000002
    #define LED2    0x00000004
    #define LED3    0x00000008
/*
    #define LED4    0x00000010
    #define LED5    0x00000020
    #define LED6    0x00000040
    #define LED7    0x00000080
    #define LED8    0x00000100
    #define LED9    0x00000200
    #define LED10    0x00000400
    #define LED11    0x00000800
    #define LED12    0x00001000
    #define LED13    0x00002000
    #define LED14    0x00004000
    #define LED15    0x00008000
    #define LED16    0x00010000
    #define LED17    0x00020000
    #define LED18    0x00040000
    #define LED19    0x00080000
    #define LED20    0x00100000
    #define LED21    0x00200000
    #define LED22    0x00400000
    #define LED23    0x00800000
    #define LED24    0x01000000
    #define LED25    0x02000000
    #define LED26    0x04000000
    #define LED27    0x08000000
    #define LED28    0x10000000
    #define LED29    0x20000000
    #define LED30    0x40000000
    #define LED31    0x80000000
*/

    LED_HANDLE LED_Init(const alt_u32 led_base);
    void LED_Off(CoreCourse_LED *p, alt_u32 ledx);
    void LED_On(CoreCourse_LED *p, alt_u32 ledx);
    void LED_Toggle(CoreCourse_LED *p, alt_u32 ledx);
    void LED_WriteData(CoreCourse_LED *p, alt_u32 leds);

#endif /* LED_H_ */

创建一个.c空文件

同样编写led.c代码

#include  "led.h"
#include <string.h>
#include <stdlib.h>

/******************************************************************************
* 函数名  : LED_Init
* 描述    : 初始化LED结构体并返回结构体指针地址
* 输入    : led_base ，system.h中定义的LED的基地址
* 输出    : 无
* Return    :经过初始化的LED结构体指针
*******************************************************************************/
LED_HANDLE LED_Init(const alt_u32 led_base) {

    CoreCourse_LED *p;

    p = malloc(sizeof(CoreCourse_LED));
    if (!p)
        return p;

    memset(p, , sizeof(CoreCourse_LED));

    p->led_base = led_base;
    p->led_data = 0xffffffff;

    IOWR_ALTERA_AVALON_PIO_DATA(p->led_base, p->led_data);

    return p;
}

/******************************************************************************
* 函数名  : LED_Off
* 描述    : 关闭一个或多个LED
* 输入    : p ，LED结构体指针
*         ：LEDx，需要关闭的LED
* 输出    : 无
* Return    :无
*******************************************************************************/
void LED_Off(CoreCourse_LED *p, alt_u32 ledx) {
    p->led_data = p->led_data | ledx;
    IOWR_ALTERA_AVALON_PIO_DATA(p->led_base, p->led_data);
}

/******************************************************************************
* 函数名  : LED_On
* 描述    : 打开一个或多个LED
* 输入    : p ，LED结构体指针
*         ：LEDx，需要打开的LED
* 输出    : 无
* Return    :无
*******************************************************************************/
void LED_On(CoreCourse_LED *p, alt_u32 ledx) {
    p->led_data = p->led_data & (~ledx);
    IOWR_ALTERA_AVALON_PIO_DATA(p->led_base, p->led_data);
}

/******************************************************************************
* 函数名  : LED_Toggle
* 描述    : 翻转一个或多个LED
* 输入    : p ，LED结构体指针
*         ：LEDx，需要翻转的LED
* 输出    : 无
* Return    :无
*******************************************************************************/
void LED_Toggle(CoreCourse_LED *p, alt_u32 ledx) {
    p->led_data ^= ledx;
    IOWR_ALTERA_AVALON_PIO_DATA(p->led_base, p->led_data);
}

/******************************************************************************
* 函数名  : LEDS_WriteData
* 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
* 输入    : p ，LED结构体指针
*         ：LEDx，需要点亮的LED
* 输出    : 无
* Return    :无
*******************************************************************************/
void LED_WriteData(CoreCourse_LED *p, alt_u32 leds){
    p->led_data = leds;
    IOWR_ALTERA_AVALON_PIO_DATA(p->led_base, p->led_data);
}

/*    main函数中初始化示例代码
 *
 * LED_HANDLE hLED;
    hLED = LED_Init(PIO_LED_BASE);
    if (!hLED) {
        //    printf("Failed to init LED\n");
    }
*/

/*    LED_WriteData()函数使用示例代码
 *
 *LED_WriteData(hLED, LED0 | LED2); //LED0和LED2点亮，LED1和LED3关闭
    }
*/

/*    LED_On()函数使用示例代码
 *
 *LED_On(hLED, LED0 | LED2);    //点亮LED0和LED2
    }
*/

/*    LED_Off()函数使用示例代码
 *
 *LED_Off(hLED, LED1 | LED3);    //熄灭LED1和LED3
    }*/

/*    LED_Toggle()函数使用示例代码
 *
 *LED_Toggle(hLED, LED3);        //翻转LED3
    }*/

将helloworld.c文件更改为main.c文件，并编写main.c

/********************************************************************
 * 文 件 名：main.c
 * 功    能：LED显示控制。
 *           通过PIO直接控制4个LED产生亮灭效果
 * 说    明：
 *
 ********************************************************************/
#include  "system.h"
#include  "altera_avalon_pio_regs.h"
#include  "alt_types.h"
#include  "led.h"

/******************************************************************************
* 函数名  : DelayNs
* 描述    : 简易延时
* 输入    : 需要延时的数值
* 输出    : 无
* Return    :无
*******************************************************************************/
void DelayNs(alt_u32 i)
{
    while (i--)
        ;
}

/********************************************************************
 * 名    称：main()
 * 功    能：使用所有LED API控制LED运行
 ********************************************************************/
int main(void) {
    alt_u32 i;
    //volatile alt_u32 j;

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

    while () {
        //测试LED_WriteData函数功能
        i = ;
        while (i--){
            LED_WriteData(hLED, LED0 | LED2); //LED1和LED3点亮，LED0和LED2关闭
            DelayNs();

            LED_WriteData(hLED, LED1 | LED3); //LED0和LED2点亮，LED1和LED3关闭
            DelayNs();
        }

        LED_WriteData(hLED, LED_ALL_OFF);    //关闭所有的LED

        DelayNs();

        //测试LED_On函数和LED_Off函数功能
        i = ;
        while (i--){
            LED_On(hLED, LED0 | LED2);    //点亮LED0和LED2
            DelayNs();

            LED_On(hLED, LED1 | LED3);    //点亮LED1和LED3
            DelayNs();

            LED_Off(hLED, LED0 | LED2);    //熄灭LED0和LED2
            DelayNs();

            LED_Off(hLED, LED1 | LED3);    //熄灭LED1和LED3
            DelayNs();
        }

        LED_WriteData(hLED, LED_ALL_OFF);    //关闭所有的LED

        //测试LED_Toggle函数功能
        i = ;
        while (i--){
            LED_Toggle(hLED, LED3);        //翻转LED3
            DelayNs();
        }
    }
    return ;
}

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。