实验52跑马灯实验.docx

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实验52跑马灯实验

实验5.2跑马灯实验

·实验说明

在FPGA实验板上用VHDL语言或者Verilog语言都能够很快地写出跑马灯实验程序。

本实验要求完成的是基于SOPC的跑马灯设计，具有一定的操作复杂性。

·实验步骤

5.2.1建立Quartus工程

1.新建Quartus工程RunningLED，顶层实体名RunningLED。

2.重新设置编译输出目录为../RunningLED/release。

5.2.2建立SOPC系统

3.点击QuartusII软件右上方图标打开SOPCBuilder，创建一个SOPC系统。

填写系统名称为RinningLED_System，并指定VHDL为描述系统的语言，如图5-23。

图5-23添加系统名称并指定语言

4.在系统上添加On-ChipMemory

在程序左侧列表中选择MemoryandMemoryControllers->On-Chip->On-ChipMemory（RAMorROM），双击添加至系统中。

在弹出的对话框中指定片上RAM的属性，因为不需要显示，编译结果很小，保持默认即可。

图5-24指定On-ChipMemory属性

鼠标移动到片内存储器的名称onchip_memonry2.0上并点击右键，在弹出菜单中选择Rename，然后更改名称为onchip_mem。

5.添加NiosIIProcessor

双击AlteraSOPCBuilder->NiosIIProcessor，在弹出的对话框中间选择处理器NIOSII/s；硬件乘法器（HardwareMultiply）选择None，即不需要硬件乘法器；复位向量和异常向量存储器（Memory）均选择前面刚刚添加的片内存储器onchip_mem，此时二者的偏移量（Offset）自动设置为0x0和ox20。

复位向量是指整个系统软件复位后启动的程序地址，一般为非易失存储器。

异常向量是软件的起始地址，一般是易失存储器，如SDRAM等。

如图5-24所示。

图5-25添加CPU设置参数

更改指令缓存（InstructionCache）为2Kbyte，其他地方使用默认设置。

最后点击Finish完成处理器设置。

6.添加定时器

在列表中选择Peripherals->MicrocontrollerPeripherals->IntervalTimer，弹出如下对话框。

定时器在本系统中主要作用是产生一个固定间隔的中断信号，让CPU改变LED灯的状态。

因此在Period中选择500ms，表示灯的状态每500ms改变一次。

更改预置（Presets）选项为Full-featured。

如图5-25。

更改定时器组件名为sys_clk_timer。

图5-26添加定时器并设置参数

7.配置JTAGUART

如图所示，双击组件库中的JTAGUART，添加JTAGUART组件。

更改JTAGUART组件名为jtag_uart。

8.添加IO控制器

双击Peripherals->MicrocontrollerPeripherals->PIO（ParallelI/O），保持默认设置即可，表示有8个输出用IO口，分别控制开发板上的8个绿色LED灯（LEDG[7..0]）。

如图5-26。

图5-27添加IO控制器并设置参数

更改PIO组件名为led_pio。

9.配置系统ID

如图所示，双击组件库中的SystemIDPeripheral，添加系统ID组件。

无需做任何设置，直接点击系统ID配置窗口的Finish按纽即可。

不过请注意其中的警告信息。

是的，在配置完成后，务必更改系统ID名称为sysid。

10.完成SOPC工程设计

如图5-28。

图5-28完成的SOPC工程

注意：

系统的每个组件都需要一个地址才能正常工作。

某些组件，如定时器（IntervalTimer）还需要分配一个IRQ号。

如果发现各组件的地址或者IRQ号出现冲突，可以选择菜单栏上System->Auto-AssignBaseAddresses以及System->Auto-AssignIRQs自动设定地址和IRQ。

系统IRQ可以是从0到31的整数，数值越小优先级越高。

9.生成系统

通过点击下方Generate完成。

如图5-29。

图5-29生成系统

5.2.3用符号框图完成顶层实体

10.使用符号框图完成顶层实体

新建一个符号文件，添加刚才建立的SOPC系统。

如图5-30。

图5-30添加SOPC系统

11.添加输入与输出端口

在空白部分双击，在Name框内输入input可以快速定位，添加输入端口。

一共需要两个。

然后使用同样步骤添加一个ouput输出端口。

结果应如图5-31所示。

图5-31添加结果图

将两个输入端分别改名为iCLK_50及iKEY[0]，代表开发板上的50MHz晶振和KEY0按钮。

将输出端改名为oLEDG[7..0]，代表开发板上的oLEDG7到oLEDG0共8个绿色LED灯。

需要注意的是SOPCBuilder生成的系统的重启信号为低电平有效，开发板上的按键按下后代表低电平，弹起代表高电平。

然后将这几个元件连接起来，硬件电路部分设计完毕。

电路应如下图所示。

（注意：

此处的名称修改应该与DE2-115引脚的配置相一致）。

图5-32电路图

12.保存bdf文件，然后执行分析与综合

13.分配引脚

LEDG[1]

PIN_E22

LEDG[2]

PIN_E25

LEDG[3]

PIN_E24

LEDG[4]

PIN_H21

LEDG[5]

PIN_G20

LEDG[6]

PIN_G22

LEDG[7]

PIN_G21

LEDG[8]

PIN_F17

CLOCK_50

PIN_Y2

KEY[0]

PIN_M23

14.编译下载

编译完成后将程序烧写至FPGA开发板。

由于目前还没有编写软件，因此FPGA实验板上不会有什么现象。

7.4软件设计

15.打开NiosIIIDE，首先选择一个合适的工作空间，依旧设置在<工程所在目录>\softawre。

如图5-33。

图5-33选择工作空间确认以后软件会重新启动

在欢迎界面中选择Workbench，进入主界面。

16.新建一个NIOSIIApplicationandBSPfromTemplate工程。

图5-34选择工程模板

对新建的NIOS2软件工程进行设置。

点击SOPCInformationFilename一栏后的按钮，找到硬件工程所在目录下的.sopcinfo文件，这里硬件和软件之间就是通过这个.sopcinfo文件进行关联。

指定了.sopcinfo文件后，CPUname自动显示为“cpu”。

在Projectname一栏输入软件工程名为“first_swprj”。

使用默认的软件工程存放目录，即在硬件工程目录下生成一个名为software的目录用于存放软件工程。

选择工程模板（ProjectTemplate）中的CountBinary。

然后点击Finish完成工程新建。

等待一会后，如下图所示，在工程目录窗口生成了两个工程，一个是软件应用工程，另一个是bsp工程。

前者用于工程师编写程序；后者一般是系统自动产生，无需用户手动编辑，他主要是根据不同的硬件外设配置产生很多底层驱动相关的程序，在应用层只要调用这些程序就可以了，因此可以说bsp工程的主要作用就是做底层驱动，衔接应用层和硬件层。

17.设置软件编译属性

由于正常的工程模板软件C代码量比较大，而我们所分配的可用片内存储器（onchip_mem）容量也不大（12KBytes），因此需要在软件编译属性里做一些简单的设置，以裁剪代码量，否则编译将无法通过。

代码裁剪不是无依据的随便设置，在官方的edh_ed_handbook.pdfSectionII3.DebuggingNiosIIDesignsReducingCodeSize一节有所描述。

因此，根据文档中推荐的消减代码需要做如下设置。

如下图。

右键点击打开该工程的BSP编辑界面，如下图。

然后弹出如下图所示的BSP编辑界面，在这个编辑界面中按照上面的表格进行设置。

最后需要保存并点击右下角的“Generate”。

完成后退出即可。

17.Project->BuildAll，编译，结果只用了2K。

18.右击blank_project_0，选择RunAs->NiosIIHardware如图5-38。

图5-38下载运行C程序

20.NIOSIIIDE将程序下载到开发板上，之后就能看到8个LEDG灯轮流点亮了。

（注：

素材和资料部分来自网络，供参考。

请预览后才下载，期待你的好评与关注！

）