sopc实验报告.docx

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sopc实验报告

武汉工业学院

数学与计算机学院

SOPC技术实验报告

姓名:

班级:

学号:

任课教师:

实验1、HelloWorld实验

1、1实验目的

学习基于NiosII软核处理器的设计流程

1、2实验环境

PC机、QuartusII10.0、NiosIIIDE10.0、开发板DE2-115

1、3实验内容

按照书上介绍的方法和流程，完成HelloWorld实验，包括NiosII软核处理器系统的产生、编译、综合、NiosIIIDE工程创建、C语言源文件的编辑及编译、配置目标FPGA器件、下载观察实验结果

1、4实验步骤

之前选定的是八段电子管的实验，因为难度过大，改为了实验helloworld

Stept1、启动QuartusII10.0，如图1-1所示

图1-1

Stept2、建立工作库目标文件夹以便设计工程项目的存储

（1）单击File/NewProjectWizard，弹出“工程设置”对话框，新建工程如图1-2所示

图1-2

第1行的E:

/hello表示工程所在的工作库文件夹，第2行表示工程的工程名，此工程名可以去取任何其它的名，也可以用顶层文件的实体名作为工程名；第3行表示当前工程顶层文件的实体名，此处为hello，也可单击对话框右侧的“…”选择输入

（2）加入设计文件

单击Next按钮，在弹出对话框中单击File栏中的“…”,此处不需要添加设计文件，所以此处只需要单击Next按钮即可，如图1-3所示

图1-3

（3）选择目标芯片

这时弹出选择目标芯片的窗口，首先在Family栏选择目标芯片系列，在此选择Cyclone系列，选择此系列的具体芯片EP4CE115F29C7，如图1-4所示

图1-4

（4）选择仿真器和综合器。

单击图1-4中Next按钮，可从弹出的窗口中选择仿真器和综合器类型，如果都选None，表示选QuartusII中自带的仿真器和综合器

（5）单击Next按钮后进入下一步。

弹出“工程设置统计”窗口，如图1-5所示

图1-5

（6）结束设置

最后单击Finish按钮，即表示已设定好此工程，并出现如图1-6所示界面

图1-6

（7）配置没有用的的引脚

在图1-6所示界面下选择Assignments-Device，出现界面后单击DeviceandPinsOptions，出现如图1-7所示，选项unusedpins为Asinputtri-stated.如图1-7所示，再单击OK

图1-7

Stept3、创建NiosII软核处理器系统

（1）选择Tools—SopcBuilder后，SopcBuilde弹出对话框，填入SystemName，如nios2_small，HDLLanguage选择VHDL,最后单击OK，如图1-8所示

图1-8

（2）选择Target为CyloneIVE，ClockFrequency为50MHZ，如图1-9所示

图1-9

（3）配置NiosII软核处理器系统

在图1-9所示的NiosII软核处理器系统配置窗口的“SystemContents”选项卡中，双击左侧Processors下的NiosIIProcessor，弹出CoreNiosII配置选项卡，如图1-10所示

图1-10

NiosII软核处理器有3中类型：

经济型内核“NiosII/e”、标准型内核“NiosII/s”和快速型内核“NiosII/f”。

如图1-10所示，不同类型的处理器内核具有不同的功能和技术指标，当然在获得强功能和高技术指标的同时也需要付出较多的逻辑资源，同时使用过程也变得复杂。

这里鉴于测试HelloWorld实验比较简单，系统工作速度不需要很高，因此选择经济型内核“NiosII/e”。

此时复位矢量“ResetVector”和异常矢量“ExceptionVector”无效，必须在指向的存储器及地址在完成存储器配置之后才能设置。

配置一个最简单的NiosII软核处理器还需要设置“JTAGDebugModule”选项卡的内容，如图1-11所示，在经济型内核“NiosII/e”的情况下，处理器只支持“Level1”级的JTAG调试模块。

其它选项可以不做任何处理即可。

图1-11

（4）单击Finish，完成cpu_0的配置，回到如图1-12所示的界面，此时系统中已经具有了处理器cpu_0

图1-12

（5）配置存储器

在NiosII软核处理器系统配置窗口的“SystemContents”选项卡中，有菜单“MemoriesandMemoryControllers”中双击On-Chip下的On-Chip-Memory（RAMorROM）可以打开在片存储器配置对话框，在存储器容量“Totalmemorysizees”文本框中输入32，单位选择“Kbytes”如图1-13所示

图1-13

（6）单击Finish按钮，对Onchip-memory2_0右击Rename进行重命名为onchip-memory，如图1-14所示

图1-14

（7）在NiosII软核处理器系统配置窗口的“SystemContents”选项卡中，有菜单“InterfaceProtocols下Serial中双击JTAGUART,如图1-15所示，再单击Finish即可。

图1-15

（8）回到NiosII软核处理器系统配置窗口，此时JTAG_UART已在系统中，对jtag_uart_0进行重命名为jtag_uart，如图1-16所示

图1-16

Stept4、产生NiosII软核处理器系统

（1）双击图1-16中cpu_0配置产生NiosII软核处理器的复位矢量“ResetVector”和异常矢量“ExceptionVector”均为onchip_memory，之后单击Finish，如图1-17所示

图1-17

（2）在NiosII软核处理器配置窗口中，由菜单“System-Auto-AssignBaseaddresses”自动排列NiosII软核处理器系统各个部分的地址，由菜单“System-Auto-AssignIRQs”自动排列NiosII软核处理器系统各个部分的中断。

完成后，单击Generate，出现如图1-18所示，单击Save

图1-18

（3）这个产生过程需要一段时间，请稍等，产生过程会出现一系列相关信息，当出现“Systemgenerationwassuccessful”时，表示这个产生过程完成。

如图1-19所示

图1-19

（4）单击Exit后回到Quartus窗口，单击File-New下BlockDiagram/SchematicFile，出现如图1-20界面

图1-20

（5）单击图1-20所示的OK，回到Quartus窗口，双击空白处，在Project下单击所设计nios2_small，如图1-21及1-22所示

图1-21

图1-22

（6）单击OK,把这个电路符号放入原理图编辑窗口，保存为hello.bdf，编译，进行引脚配置，再次编译，引脚配置如图1-23所示

图1-22

Stept5、创建NiosIIIDE环境下的应用工程

（1）启动NiosIIIDE10.0，如图1-23所示的C语言开发窗口“NiosIIC/C++”，利用这个环境进行C语言程序的编辑、编译和调试。

图1-23

（2）由NiosIIC/C++菜单File-New-NiosIIC/C++Application打开新工程设置窗口，选中HelloWorld测试程序，如图1-24所示

图1-24

（3）在SelectTargetHardware中选择SOPCBuildSystemPTFFile，找到所建立的HelloWorld软核处理器，如图1-25所示

图1-25

（4）单击Finish，HelloWorld测试程序hello_world.c就在窗口中，如图1-26所示

图1-26

（5）在左侧“NiosIIC/C++Projects”栏中选择“hello_world_0”条目中的“SystemLibraryPrperties”命令打开如图1-27所示的应用系统库特性设置窗口，对“LinkerScript”选择栏的相关内容进行修改,如图1-27所示使Useauto-generatedlinkerscrpt的内容为onchip_memory,单击OK

图1-27

（6）在C语言开发窗口中，有菜单“Project-BuildProject”对hello_world.c进行编译，编译过程需要一段时间，随着工作的进行，在console栏目中将显示编译信息，结果如图1-28所示

图1-28

Stept6、在目标板上运行程序

（1）将开发板连接好，在QuartusII开发窗口中，由菜单“Tools-Programmer”可以打开编程/配置窗口，将NiosII软核处理器系统配置到目标FPGA芯片中，DE2-115采用USB-Blaster接口下载线，模式为JTAG，如图1-29所示，然后单击Start完成下载

图1-29

（2）完成目标芯片的配置后，回到C语言开发窗口“NiosIIC/C++”首先由菜单“Run-Run”打开如图1-30所示的运行设置窗口

图1-30

（3）双击左侧的NiosIIHardware，进行配置，在“TargetConnection”选项中将“JTAGcable”设置为“USB-Blaster”，将“JTAGdevice”设置为如图1-31所示，其他设计默认即可

图1-31

（4）单击Apply，在单击Run，回到C语言编辑窗口，此时将C语言程序代码下载到目标电路板上，下载完成后，出现如图1-32所示“HellofromNiosII!

”的字样，至此HelloWorld实验已经完成

图1-32

实验总结:

首先要感谢学校，学院给我提供了这次宝贵的机会，让我充分锻炼了实际操作能力，把理论和实践联系到了一起，取得了巨大的收获。

同时也要感谢学院提供了良好的设计条件，使我能在规定的时间内保质保量的完成了这次设计和答辩。

本课题在设计和调试的过程中都得刘昌华老师的悉心指导，并为我答疑解惑。

在此对帮助我的同学和老师表示我深深的谢意。

感谢学校为我们提供环境，让我们有良好的学习环境，最后献上我真诚的谢意。

在编写程序的过程中，我不仅得到了同学们的热情帮助，还有老师们的大力支持，认真阅读书籍，网上查询，我的能力得到了提高，同时养成了科学、严谨的学习作风和生活习

通过这次实验，通过这学习，我学会了QuartusII，SOPCBuider和NiosIIDE2的使用，并通过这些软件可以进行简单的实验操作，强化了我的动手能力，并通过这几次实验更加了解SOPC的设计与应用。

在实验中，遇到了各种各样的问题，首先是自己进行检查，查不出来再由老师同学进行检查和讲解，在解决问题的同时，也加强了解决问题的能力。

向老师提的问题：

引脚无法锁定

后经仔细实验后得到解决。