實(shí)驗(yàn)五-nios系統(tǒng)設(shè)計(jì)-交通燈DE1(9.0版)

《基于軟核技術(shù)的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)》試驗(yàn)五（上）、NiosII系統(tǒng)設(shè)計(jì)——電子鐘北京交通高校計(jì)算機(jī)學(xué)院老師：丁曉明本試驗(yàn)指導(dǎo)書演示了NiosII系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)，軟件設(shè)計(jì)，能實(shí)現(xiàn)一個(gè)交通燈功能。本試驗(yàn)在前面試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，同學(xué)已經(jīng)能嫻熟的運(yùn)用QuartusII軟件和模塊化輸入方法。本試驗(yàn)主要包括SOPCBuilder，NiosIIIDE，QuartusII的運(yùn)用，主要目的在于指導(dǎo)同學(xué)學(xué)習(xí)如何定制一個(gè)NiosII硬件系統(tǒng)和如何在此基礎(chǔ)上編寫軟件程序。試驗(yàn)條件：CycloneEP2C20教學(xué)套件 QuartusII9.0 SOPCBuilder9.0 NiosII9.0NiosIIIDE 在本試驗(yàn)中，我們將以CycloneEP2C20學(xué)習(xí)板為平臺，介紹開發(fā)一個(gè)交通限制燈的軟、硬件方案設(shè)計(jì)，涉及到的代碼，只須要依據(jù)試驗(yàn)指導(dǎo)書將代碼拷貝到工程文件夾中即可。 系統(tǒng)軟、硬件需求分析， 1.該系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)的功能： (1).在數(shù)碼管上顯示交通限制燈的時(shí)間 (2).顯示交通限制燈，運(yùn)用開發(fā)板上的4個(gè)LED來演示 2.硬件系統(tǒng)組成規(guī)劃 依據(jù)系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)的功能和開發(fā)板配置，本項(xiàng)目中須要用到的CycloneⅡ上的外圍器件有： 數(shù)碼管：交通限制燈時(shí)間顯示屏幕 LED：交通限制燈 Flash存儲器：存儲軟、硬件程序SRAM存儲器：程序運(yùn)行時(shí)將其導(dǎo)入SRAM依據(jù)所用到的外設(shè)和器件特性，在SOPCBuilder中建立系統(tǒng)要添加的模塊包括：NiosIICPU，數(shù)碼管，外部RAM總線（Avalon三態(tài)橋），外部RAM接口，外部Flash接口，SDRAM。3．軟件系統(tǒng)規(guī)劃要實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)所需的功能，大量的工作應(yīng)當(dāng)集中在軟件設(shè)計(jì)和優(yōu)化上。電子鐘的軟件功能主要分為顯示、設(shè)置和時(shí)間算法三大部分。1.顯示部分 顯示部分的功能包括： (1).顯示交通限制燈變更的剩余時(shí)間（秒） (2).顯示當(dāng)前閃亮的交通燈2.LED部分 LEDR1：相當(dāng)于紅燈 LEDR0，LEDG7：相當(dāng)于黃燈 LEDG6：相當(dāng)于綠燈3.時(shí)間部分 時(shí)間累加，紅燈閃亮?xí)r間為30秒，黃燈閃亮?xí)r間為10秒，綠燈閃亮?xí)r間為60秒 通過對軟件要完成的功能進(jìn)行分析可以看出，這里只有LED和顯示部分須要涉及硬件，其它子程序可在進(jìn)行硬件設(shè)計(jì)的同時(shí)起先編寫。4.軟件流程圖黃燈亮并計(jì)時(shí)黃燈亮并計(jì)時(shí)初始化液晶初始化變量起先主循環(huán)起先綠燈亮并計(jì)時(shí)結(jié)束紅燈亮并計(jì)時(shí)試驗(yàn)內(nèi)容：1.系統(tǒng)硬件首先將DE1_traffic文件里的文件全部拷貝到一個(gè)空文件夾下，可以用自己的學(xué)號定義。然后雙擊DE1_NIOS.qpf文件打開工程。然后點(diǎn)擊Tools->SOPCBuilder，進(jìn)入SOPCBuilder，運(yùn)行SOPCBuilder.給要設(shè)計(jì)的系統(tǒng)模塊命名，此處我們命名為system_0；TargetHDL項(xiàng)，選擇VHDL，指定設(shè)計(jì)中各模塊生成的HDL類型，命名完畢，點(diǎn)擊OK。（4）Clock為100MHz，TargetDeviceFamily為cycloneⅡ，clk_0改為clk。（5）雙擊AvalonComponentsNiosIIProcessor，添加一個(gè)NiosII/f處理器InstructionCathe：4KBJTAG調(diào)試模塊等級：Level1然后點(diǎn)擊Finish。（6）添加JTAGUART，在interfaceprotocols/serial選項(xiàng)卡下選擇CreateModelSimaliastoopenawindowshowingoutputasASCIItext，其他設(shè)置保持默認(rèn)狀態(tài)，如下圖。(7)添加(RS-232serialport)uart_0,選擇默認(rèn)設(shè)置。（8）添加自定義外設(shè)sram,并改名為sram_0.(8)添加EPCSserialflashcontroller，改名為epcs_controller。（9）添加Flash存儲器，地址寬度22bits，其它運(yùn)用默認(rèn)設(shè)置。（10）添加avalone-MMtriStateBridge,設(shè)置為register，命名為tri-state-bridge0.將flash存儲器鏈接到（tri-states-bridge）三態(tài)橋然后雙擊tri-states-bridge_0模塊，并進(jìn)行如下選擇：（11）添加SDRAM，按下圖進(jìn)行設(shè)置。（12）添加一組PIO(ParallelI/O)，選擇默認(rèn)設(shè)置，并改名為LEDG相同方法添加另一組PIO(ParallelI/O)，命名為LEDR：（13）添加User_logic中的SEG7_LUT_4，命名為SEG7。雙擊cpu_0模塊，并進(jìn)行如下設(shè)置：然后選擇SystemAuto-AssignBaseAddresses，為各模塊自動(dòng)安排地址；再選擇Auto-AssignIRQs，自動(dòng)安排中斷依次。最終系統(tǒng)整體配置如下圖所示：在System選項(xiàng)欄中，選中HDL選項(xiàng)，點(diǎn)擊Generate生成系統(tǒng)（20）SOPCBuilder完成，提示勝利生成系統(tǒng)，點(diǎn)擊Exit。下圖即為我們上面所生成的CPU的原理圖(24)點(diǎn)擊編譯工程。2.系統(tǒng)軟件(1).首先打開NiosIIIDE，選擇起先菜單下全部程序中的AlteraNiosIIEDS6.0NiosIIIDE。路徑設(shè)到各自試驗(yàn)工程的software文件夾，若不存在，新建此文件夾。(2).選擇FileNewProject創(chuàng)建新的軟件工程，選擇C/C++Application，點(diǎn)擊next。并命名為clock，在目標(biāo)硬件(TargetHardware)選項(xiàng)中指定為剛才完成的設(shè)計(jì)文件(nios2.ptf)，并選用BlankProject作為模板(3).點(diǎn)擊Next，為剛創(chuàng)建的軟件工程建立新的系統(tǒng)庫(systemlibrary)(4).將traffic.h和traffic_light.c拷貝到剛才建好.\software\traffic文件夾下，并在niosIDE中右鍵traffic，refresh下一：（5）.雙擊打開clock.c文件，閱讀閱讀代碼（6）.編譯程序，鼠標(biāo)右鍵單擊軟件工程clock，選擇BuildProject，由于第一次編譯程序，NiosIIIDE會依據(jù)硬件配置和編譯器配置生成許多庫文件，所以時(shí)間比較長。(7).將FPGA配置文件下載到Stratix芯片上，點(diǎn)擊Tools->QuartusIIProgrammer選擇QuartusII生成的硬件工程配置文件.sof文件，并選中Program/Configure選項(xiàng)，點(diǎn)擊Start。(9).編譯通過后的程序可以下載到芯片上運(yùn)