基于NIOS-II软核流水灯和串口通信实现

文章目录

一、创建工程
二、系统设计
- - 1. 在 “component library” 标签栏中找到 “Nios II Processor” 后点击 Add
  - 2. 在 ”Component Library” 标签栏中的查找窗口输入 jtag 找到 ”JTAG UART ”，然后点击 Add
  - 3. 添加片上存储器 On-Chip Memory(RAM)核
  - 4. 查找窗口输入 pio 找到 ”PIO” 后点击Add
  - 5. 添加片 System ID Peripheral 核
  - 6. 后续工作
三、基于NIOS-II软核流水灯实现
四、运行流水灯项目
五、串口通信
六、参考文章

一、创建工程

在这里插入图片描述
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二、系统设计

打开platform designer
启动 Qsys 后，点击 File —> save，在文件名中填写为 kernel，后点击 OK
鼠标放在 clk_0 处点击右键 Edit 或是双击 clk_0 元件，对 Clock 进行时钟设置，设为为 50M
添加 CPU 和外围器件

1. 在 “component library” 标签栏中找到 “Nios II Processor” 后点击 Add

在这里插入图片描述
- 在 Nios Core 栏中选择 Nios II/f 选项，其他保持默认选项
- 将 nios2_qsys_0 重命名为 cpu，点击 ”Rename” 即可重新命名
- 将 cpu 的 clk 和 reste_n 分别与系统时钟 clk_0 的 clk 和 clk_reset 相连

2. 在 ”Component Library” 标签栏中的查找窗口输入 jtag 找到 ”JTAG UART ”，然后点击 Add

在这里插入图片描述
- 在 ”Name” 列中将 jtag_uart_0 重命名为 jtag_uart。
- 连线，进行 clk、reset 以及 master-slave 的连线，进行中断 irq 连线

3. 添加片上存储器 On-Chip Memory(RAM)核

在左侧 ”Component Library” 标签栏中的查找窗口输入 On Chip 找到 ”On-Chip Memory(RAM or ROM)” 后点击 Add，修改size如图中的大小。在这里插入图片描述
- 将 onchip_memory2_0 改名为 onchip_ram
- 进行时钟、数据端口、指令端口的连接

4. 查找窗口输入 pio 找到 ”PIO” 后点击Add

确定以下选项：Width 为 8bits，Direction 选择 output，其余选项保持默认，点击Finish。
在这里插入图片描述
- 返回 ”System Contents” 标签栏可以看到新加入的 ”PIO” 核。在 ”Name” 列中将pio_0 改名为 pio_led。并在在 Export 栏处双击，把输出口引出来，并命名为 out_led。
- 进行时钟、数据端口、指令端口的连接

5. 添加片 System ID Peripheral 核

在左侧 ”Component Library” 标签栏中的查找窗口输入 sys 找到 ” System ID Peripheral” 后点击 Add，保持默认选项，单击 Finish。
将 sysid_qsys_0 改名为 sysid
进行时钟、数据端口的连接

所有的连线如图所示

6. 后续工作

基地址分配：点击 Qsys 主界面菜单栏中的 ”System” 下的 ”Assign Base Addresses”。
分配中断号：在 ”IRQ” 标签栏下点选 ”Avalon_jtag_slave” 和 IRQ 的连接点就会为 ”jtag_uart” 核添加一个值为 0 的中断号。
指定 NIos II 的复位和异常地址：从 ”System Contents” 标签栏双击建立好的 cpu 进入 Nios II Processor 的配置界面，配置 Reset Vector 和 Exception Vector 为 ”onchip_ram.s1”，点击 Finish。
点击 Qsys 主界面菜单栏中的 ”System” 下的 ”Create Global Reset Network”。完成后会自动连接所有复位端口
生成 Qsys 系统：点选 ”Generation HDL” 标签栏中 Generate 按钮生成 Qsys 系统

在这里插入图片描述

在 Quartus-II 中新建一个原理图，然后在该原理图(BDF)文件中添加 Qsys 生成的系统符号
点击 Assignments-Settings，添加 kernel.qip 文件
进行逻辑连接和生成管脚，在 kernel 模块内点击鼠标右键选取 Generate Pin for Symbol Ports 生成管脚
菜单里选择 Assignments-device，然后如下图所示点击 Device pin options
进行 unused pin 设置，可能会收到外部信号的干扰，将未用引脚设置为 As
编译工程
绑定引脚

完成后关闭 Pin Planner,回到 Quartus Prime 主界面后再次编译项目。

三、基于NIOS-II软核流水灯实现

在 Quartus-II 界面，点击Tools，然后点击 Nios II Software Build Tools for Eclipse 打开 Nios II SBT for Eclipse
启动 Workspace 选择当前的项目目录，点 OK
创建工程

在 ”SOPC Information File name” 窗口中选择 kernel.sopcinfo 文件，以便将生成硬件配置信息和软件应用关联，CPU 栏会自动选择”CPU”。在 ”Project name” 输入 ”helloWorld” ，Project template选择 Hello World。

将 hello_world.c 中的程序修改为流水灯控制程序

#include "system.h"
#include "altera_avalon_pio_regs.h"
#include "alt_types.h"
const alt_u8
led_data[8]={0x01,0x03,0x07,0x0F,0x1F,0x3F,0x7F,0xFF};
int main (void) {
	int count=0;
	alt_u8 led;
	volatile int i;
	while (1)
	{
		if (count==7)
		{count=0;}
		else
		{count++;}
		led=led_data[count];
		IOWR_ALTERA_AVALON_PIO_DATA(PIO_LED_BASE, led);
		i = 0;
		while (i<500000)
			i++;
	}
	return 0;
}

右键单击项目名称，在弹出的菜单中选择 Build Project
在这里插入图片描述

四、运行流水灯项目

启动下载硬件代码
运行/调试程序，在菜单栏中选择 Run →Run Configurations
配置 Run Configurations，转到 ”Target Connection” 标签栏，点击右侧的 Refresh Connections 将 USB-Blaster 加入
运行结果

在这里插入图片描述

五、串口通信

实现DE2-115开发板串口输出“Hello Nios-II”字符到笔记本电脑

只需要在这个项目的基础上修改hello_world.c中的代码，改为

#include "system.h"
#include "altera_avalon_pio_regs.h"
#include "alt_types.h"
#include "stdio.h"
const alt_u8
led_data[8]={0x01,0x02,0x04,0x08,0x10,0x20,0x40,0x80};
int main (void)
{
 	int count=0;
 	alt_u8 led;
 	volatile int i;
 while (1)
 	{ 
 	if (count==7){count=0;}
 	else{count++;}
 	led=led_data[count];
 	IOWR_ALTERA_AVALON_PIO_DATA(PIO_LED_BASE, led);
	i = 0;
 	printf("Hello Nios-II\n");
 	while (i<500000)
 		i++;
 	}
 return 0;
}