SOPC实验指导书.docx
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SOPC实验指导书
SOPC实验
3.1使用NiosⅡIDE建立用户程序
1.创建一个新的C/C++应用工程
执行下面的步骤来创建一个新的C/C++应用工程：
1.启动NiosⅡIDE。
选择【开始】››【程序】››【Altera】››【QuartusⅡ5.0】››【NiosⅡDevelopmentKits5.0】››【NiosⅡIDE】启动NiosⅡIDE。
也可以通过图1.1直接点击
按钮来启动NiosⅡIDE。
图1启动NiosⅡIDE
2.如果出现WorkspaceLauncher对话框，单击
设置工作空间为QuartusⅡ工程的文件夹，如图2所示，这样便于管理。
如果是第一次进入工作区，NiosⅡIDE会先弹出一个欢迎界面，此时点击右上角的Workbench图标，就可以进入NiosⅡIDE编辑界面。
图2设置IDE工作空间
3.如图3所示，选择【File】››【New】››【C/C++Application】来打开新建C/C++工程向导，如图4所示。
图3打开新建C/C++工程向导
图4新建C/C++工程向导
4.单击SelectTargetHardware右侧的
按钮打开SelectTargetHardware窗口，选择led_nios2_system.ptf文件，即指向当前硬件设计系统，如图5所示。
图5选择硬件目标文件
5.选择SelectProjectTemplate列表中的hello_led。
Name栏中自动更新为hello_led_0，确认选中UseDefaultLocation栏，如图6所示，单击
完成工程创建。
图6完成设置后的工程向导
向导中的SelectProjectTemplates一栏中是已经设计好的软件工程，用户可以选择其中的一个，把它当作模板来创建自己的工程。
当然也可以选择BlankProject（空白工程），完全由用户写所有的代码。
本实验选取了hello_led工程，然后在此基础上进行适当的修改，一般情况下这比空白工程更加容易，也更方便。
创建工程后，在NiosⅡIDE工作台左侧的C/C++Projects视图中显示两个新的工程：
hello_led_0和hello_led_0_syslib。
hello_led_0是C/C++应用工程，而hello_led_0_syslib是描述hello_nios2_system系统硬件细节的系统库。
IDE工作台的左侧有两个标签：
C/C++Projects视图和Navigator视图。
单击C/C++Project选项卡来显示C/C++Project视图。
该视图适合于大多数的C/C++开发活动。
打开hello_led.c，将其中的intalt_main函数用程序清单2.1所示的清单替换，然后保存。
intalt_main（void）
{
alt_u8led=1;
alt_u32i;
while
（1）
{
led=1;
IOWR_ALTERA_AVALON_PIO_DATA（LED_BASE,led）;
i=0;
while（i<500000）
{
i++;
}
led=0;
IOWR_ALTERA_AVALON_PIO_DATA（LED_BASE,led）;
i=0;
while（i<500000）
{
i++;
}
}
return0;
}
3.2PIO输出控制实验1——流水灯控制
1.实验目的
熟悉NiosⅡPIO设备的访问方法
2.实验设备
硬件：
PC机
EDA/SOPC/DSP实验箱
软件：
QuartusⅡ5.0、NiosⅡIDE5.0
3.实验内容
使用PIO口控制8个LED进行流水灯显示。
4.实验步骤
（1）启动NiosⅡIDE并建一个空白C\C++工程，然后命名为LEDCon_C。
（2）在LEDCon_C工程文件夹中新建应用程序文件main.c。
（3）在SystemLibrary设置页中，把程序和数据区都指定为flash。
（4）编译整个工程，查找语法错误。
（5）Debug整个程序，看输出是否正确。
（6）把程序下载到Flash中去全速运行程序。
5.实验参考程序
PIO输出控制实验1的例程见程序清单3.1
程序清单3.1流水灯控制
#include"system.h"
#include"altera_avalon_pio_regs.h"
#include"alt_types.h"
intmain（void）
{
alt_u8led=0x2;
alt_u8dir=0;
volatileinti;
while
（1）
{
if（led&0x81）
{
dir=（dir^0x1）;
}
if（dir）
{
led=led>>1;
}
else
{
led=led<<1;
}
IOWR_ALTERA_AVALON_PIO_DATA（LED_BASE,led）;
i=0;
while（i<500000）
i++;
}
return0;
}
3.3键盘中断实验
1.实验目的
（1）熟悉中断服务程序的编写和注册方法。
（2）熟悉中断服务程序的调试方法。
（3）熟悉NiosⅡ处理外部中断的方式。
2.实验设备
硬件：
PC机
EDA/SOPC/DSP实验箱
软件：
QuartusⅡ5.0、NiosⅡIDE5.0
3.实验内容
外部中断信号由键盘值提供，然后将中断事件反映到LED上，每按一次键LED亮一次。
4.实验前准备
键盘模块的设计包括键盘扫描、键盘译码和键盘消抖。
本系统采用VHDL语言对以上三个功能模块进行描述。
其VHDL源程序见附录1。
5.实验步骤
（1）启动NiosⅡIDE并建一个空白C\C++工程，然后命名为KeyBoard_C。
（2）在KeyBoard_C工程文件夹中新建应用程序文件main.c。
（3）在SystemLibrary设置页中，把程序和数据区都指定为flash。
（4）编译整个工程，查找语法错误。
（5）中断服务程序处设下断点，全速运行程序，然后按下键盘中一个键，单步调试中断服务程序，并观察中断处理过程。
（6）全速运行程序，按下键，控制LED。
6.实验参考程序
键盘中断参考程序见程序清单3.2。
#include"system.h"
#include"altera_avalon_pio_regs.h"
#include"alt_types.h"
#include"sys/alt_irq.h"
volatileintedge_capture;
alt_u32done=0;
staticvoidhandle_keyboard_interrupts（void*context,alt_u32id）
{
//inti;
/*castthecontextpointertoanintegerpointer.*/
volatileint*edge_capture_ptr=（volatileint*）context;
unsignedinttemp;
IOWR_ALTERA_AVALON_PIO_IRQ_MASK（KEYBOARD_IN_BASE,0x00）;
IOWR_ALTERA_AVALON_PIO_DATA（KEYBOARD_CONTROL_BASE,0x1）;
/*ReadthedataregisteronthekeyboardPIO*/
temp=IORD_ALTERA_AVALON_PIO_DATA（KEYBOARD_IN_BASE）;
IOWR_ALTERA_AVALON_PIO_DATA（LED_BASE,0x01）;
/*ReadtheedgecaptureregisteronthekeyboardPIO.Storevalue.*/
*edge_capture_ptr
IORD_ALTERA_AVALON_PIO_EDGE_CAP（KEYBOARD_IN_BASE）;
/*Writetotheedgecaptureregistertoresetit.*/
IOWR_ALTERA_AVALON_PIO_EDGE_CAP（KEYBOARD_IN_BASE,0x0）;
/*resetinterruptcapabilityforthekeyboardPIO.*/
IOWR_ALTERA_AVALON_PIO_IRQ_MASK（KEYBOARD_IN_BASE,0x0f）;
IOWR_ALTERA_AVALON_PIO_DATA（KEYBOARD_CONTROL_BASE,0x0）;
}
/*Initializethekeyboard_pio.*/
staticvoidinit_keyboard_pio（void）
{
/*Recasttheedge_capturepointertomatchthealt_irq_register（）function
*prototype.*/
void*edge_capture_ptr=（void*）&edge_capture;
/*Enableallkeysinterrupts.*/
IOWR_ALTERA_AVALON_PIO_IRQ_MASK（KEYBOARD_IN_BASE,0x0f）;
/*Resettheedgecaptureregister.*/
IOWR_ALTERA_AVALON_PIO_EDGE_CAP（KEYBOARD_IN_BASE,0x0）;
IOWR_ALTERA_AVALON_PIO_DATA（KEYBOARD_CONTROL_BASE,0x0）;
/*Registertheinterrupthandler.*/
alt_irq_register（KEYBOARD_IN_IRQ,edge_capture_ptr,
handle_keyboard_interrupts）;
}
intmain（void）
{
inti;
init_keyboard_pio（）;
while
（1）
{
IOWR_ALTERA_AVALON_PIO_DATA（LED_BASE,0x00）;
for（i=0;i<200000;i++）;
}
return0;
}
3.4定时器实验1——使用系统时钟服务
NiosⅡ定时器可用作系统时钟，时间标记，看门狗和脉冲发生器，由于standard系统在生成时，并未启动“Timeoutpulse”功能，所以下面的实验将依次介绍定时器的系统时钟，时间标记和看门狗应用。
1.实验目的
了解定时器的系统时钟服务功能。
2.实验设备
硬件：
PC机
EDA/SOPC/DSP实验箱
软件：
NiosⅡIDE5.0
3.实验内容
利用系统时钟服务产生1s的周期性事件，并借此控制LED闪烁。
4.实验步骤
（1）启动NiosⅡIDE并建一个空白C\C++工程，然后命名为SysTimer_C。
（2）在SysTimer_C工程文件夹中新建应用程序文件main.c。
（3）在SystemLibrary设置页中，将sys_clock_timer指定为“Systemclocktimer”，并把程序和数据区都指定为flash。
（4）编译整个工程，查找语法错误。
（5）在系统时钟服务程序处设下断点，全速运行程序，单步调试中断服务程序，并观察中断处理过程。
（6）全速运行程序，观察LED的闪烁。
5.实验参考程序
系统时钟服务参考程序见程序清单3.3。
#include
#include"system.h"
#include"altera_avalon_pio_regs.h"
#include"alt_types.h"
#include"sys/alt_alarm.h"
staticalt_alarmalarm;
staticunsignedcharled=0xff;
alt_u32my_alarm_callback（void*context）
{
if（led==0xff）
{
led=0x00;
}
else
{
led=0xff;
}
IOWR_ALTERA_AVALON_PIO_DATA（LED_BASE,led）;
returnalt_ticks_per_second（）;
}
voidInitPIO（void）
{
IOWR_ALTERA_AVALON_PIO_DIRECTION（LED_BASE,0X01）;
IOWR_ALTERA_AVALON_PIO_IRQ_MASK（LED_BASE,0X00）;
IOWR_ALTERA_AVALON_PIO_EDGE_CAP（LED_BASE,0X00）;
}
intmain（）
{
InitPIO（）;
IOWR_ALTERA_AVALON_PIO_DATA（LED_BASE,0x00）;
printf（"testalarm\n"）;
printf（"alt_ticks_per_second（）is%ld",alt_ticks_per_second（））;
if（alt_alarm_start（&alarm,alt_ticks_per_second（）,my_alarm_callback,NULL）<0）
{
printf（"Nosystemclockavailable\n"）;
}
while
（1）
return0;
}
3.5定时器实验2——使用时间标记服务
通过该项服务，用户可以测得某个事件消耗的时间
1.实验目的
了解定时器的时间标记服务功能。
2.实验设备
硬件：
PC机
EDA/SOPC/DSP实验箱
软件：
NiosⅡIDE5.0
3.实验内容
使用时间标记来测两个函数的运行时间。
4.实验步骤
（1）启动NiosⅡIDE并建一个空白C\C++工程，然后命名为TimeStamp_C。
（2）在TimeStamp_C工程文件夹中新建应用程序文件main.c。
（3）在SystemLibrary设置页中，指定high_res_timer为“Timestamptimer”，并把程序和数据区都指定为flash。
（4）编译整个工程，查找语法错误。
（5）全速运行程序，观察NiosⅡ信息窗口打印出的信息。
5.实验参考程序
时间标记参考程序见程序清单3.4。
#include
#include"system.h"
#include"sys/alt_timestamp.h"
#include"alt_types.h"
voidfunc1（void）
{
intcnt=10000;
while（cnt--）;
}
voidfunc2（void）
{
intcnt=20000;
while（cnt--）;
}
intmain（void）
{
alt_u32time1;
alt_u32time2;
alt_u32time3;
if（alt_timestamp_start（）<0）
{
printf（"Can'tStarttimestamp\n"）;
}
time1=alt_timestamp（）;
func1（）;
time2=alt_timestamp（）;
func2（）;
time3=alt_timestamp（）;
printf（"func1need%u\n",（unsignedint）（time2-time1））;
printf（"func2needs%u\n",（unsignedint）（time3-time2））;
printf（"thefreqoftimeris%u\n",（unsignedint）alt_timestamp_freq（））;return0;
}
3.6定时器实验3——看门狗实验
1.实验目的
了解NiosⅡ的WDT（看门狗）功能及其使用方法。
2.实验设备
硬件：
PC机
EDA/SOPC/DSP实验箱
软件：
NiosⅡIDE5.0
3.实验内容
运行WDT，然后控制LED1—LED8显示输出。
先对LED1—LED8进行闪烁控制，并同时喂狗，然后知点亮LED1，并进入死循环，等待WDT复位。
4.实验步骤
（1）启动NiosⅡIDE并建一个空白C\C++工程，然后命名为WDTRun_C。
（2）在WDTRun_C工程文件夹中新建应用程序文件main.c。
（3）在SystemLibrary设置页中，把程序和数据区都指定为flash。
（4）编译整个工程，查找语法错误。
（5）用Flashprogrammer把程序下载到外边Flash中运行。
当WDT复位后，程序会重复闪烁LED，表示WDT复位产生。
5.实验参考程序
看门狗参考程序见程序清单3.5。
#include
#include"system.h"
#include"altera_avalon_timer_regs.h"
#include"altera_avalon_pio_regs.h"
#include"alt_types.h"
voidWdtFeed（void）
{
IOWR_ALTERA_AVALON_TIMER_PERIODL（WATCHDOG_BASE,0x1234）;
}
voidDelayNS（alt_u32dly）
{
alt_u32i;
for（;dly>0;dly--）
{
for（i=0;i<1000;i++）
WdtFeed（）;
}
}
voidInitPIO（void）
{
IOWR_ALTERA_AVALON_PIO_DIRECTION（LED_BASE,0xff）;
IOWR_ALTERA_AVALON_PIO_IRQ_MASK（LED_BASE,0x00）;
IOWR_ALTERA_AVALON_PIO_EDGE_CAP（LED_BASE,0x00）;
}
voidInitWDT（void）
{
IOWR_ALTERA_AVALON_TIMER_CONTROL（WATCHDOG_BASE,ALTERA_AVALON_TIMER_CONTROL_START_MSK）;
}
intmain（void）
{
alt_u8i;
InitPIO（）;
InitWDT（）;
WdtFeed（）;
for（i=0;i<2;i++）
{
IOWR_ALTERA_AVALON_PIO_DATA（LED_BASE,0x00）;
DelayNS（100）;
IOWR_ALTERA_AVALON_PIO_DATA（LED_BASE,0xff）;
DelayNS（1000）;
}
3.7UART实验1——通过C库函数访问UART
Altera建议用户用HALAPI函数或ANSIC标准库来访问UART，而不是直接访问UART寄存器。
以下两个实验，先给出ANSIC标准库函数来访问UART的方法，再给出通过HALAPI函数访问UART的方法。
1.实验目的
了解使用ANSIC标准库函数访问UART的方法。
2.实验设备
硬件：
PC机
EDA/SOPC/DSP实验箱
软件：
NiosⅡIDE5.0
3.实验内容
用ANSIC标准库函数从JTAGUART中读入字符，如果检测到符合要求的字符，则输出提示信息。
学习printf（）,scanf（）,fopen（）,fwrite（）等函数的用法。
4.实验步骤
（1）启动NiosⅡIDE并建一个空白C\C++工程，然后命名为UART1_C。
（2）在UART1_C工程文件夹中新建应用程序文件main.c。
（3）在SystemLibrary设置页中，先把标准输入输出设备指定为“uart”，再把程序和数据区都指定为flash。
（4）编译整个工程，查找语法错误。
（5）在信息显示框中与UART进行交互，如果在主程序中不对UART设备进行初始化，那么UART将使用在SOPCBuilder中预设的波特率值，本实验的预设值是115200bps。
5.实验参考程序
ANSIC标准库来访问UART参考程序见程序清单3.6。
#include
#include
#include"system.h"
intmain（）
{
char*msg="Detectedthecharacter't'\n";
FILE*fp;
charprompt=0;
printf（"PleaseEntersomecharacter:
\n"）;
fp=fopen（RS232_2_NAME,"r+"）;
if（fp）
{
while（prompt!
='v'）
{
prompt=getc（fp）;
if（prompt=='t'）
{
fwrite（msg,strlen（msg）,1,fp）;
}
if（ferror（fp））
clearerr（fp）;
}
fprintf（fp,"closingthejtaguartfilehandle\n"）;
fclose（fp）;
}
else
{
printf（"Failtoopenfile.\n"）;
}
return0;
}
3.8UART实验2——通过HALAPI函数访问JTAGUART
1.实验目的
HAL系统库提供了一组Unix风格的I/O系统访问函数，如open（）,close（）,read（）,
write（）,lseek（）等。
希望读者通过本实验来熟悉使用HALAPI函数来访问UART设备的方法。
2.实验设备
硬件：
PC机
EDA/SOPC/DSP实验箱
软件：
NiosⅡIDE5.0
3.实验内容
用HALAPI函数从UART中读入和输出字符，学习open（），close（）,read（）,write（）,lseek（）等函数的用法。
4.实验步骤
（1）启动NiosⅡIDE并建一个空白C\C++工程，然后命名为UART2_C。
（2）在UART2_C工程文件夹中新建应用程序文件main.c。
（3）在SystemLibrary设置页中，不需要把标准输入输出设备指定为“uart”，但是需把程序和数据区都指定为flash。
（4）编译整个工程，查找语法错误。
（5）在信息显示框中与UART
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