六JTAG UART内核实验.docx
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六JTAGUART内核实验
2.2JTAGUART内核实验
1.实验目的
（1）熟悉JTAGUART内核结构；
（2）熟悉用C标准库函数访问JTAGUART；
（3）熟悉用HALAPI访问JTAGUART；
2.实验现象
（1）简单应用实验：
在信息栏打印“HellofromNiosII!
”
（2）C标准库实验：
根据用户从NiosIIIDE窗口“Console”栏输入0～4NiosII系统执行不同的操作，0—--两个灯全灭，1—--第一个灯亮，2----第二个灯亮，3----两个灯全亮，4----退出；若实验板上的第1个键按下，信息栏显示“Key1waspressed”，第2个键按下，信息栏显示“Key2waspressed”。
（3）HALAPI实验：
根据用户从NiosIIIDE窗口“Console”栏输入0～4NiosII系统执行不同的操作，0—--两个灯全灭，1—--第一个灯亮，2----第二个灯亮，3----两个灯全亮，4----退出。
3.实验原理
实验原理如图2.2.1所示，QuartusII顶层原理图如图2.2.2所示。
JTAGUART和JtagDebugModule实际上是通过JTAG集线器连到JTAG控制器上再与电脑相连。
带Avalon接口的JTAGUART设备实现PC与NiosII系统间的串行通信。
在许多设计中，JTAGUART常取代RS-232通信设备，用于字符的输入和输出。
与UART设备不同的是，JTAGUART是通过JTAG接口来传输数据的。
用户可以通过HALAPI和ANSIC标准库访问JTAGUART。
图2.2.1
由图2.2.1我们可以得到如表2.2.1所示的外设一览表：
表2.1.1
外设名称
描述
备注
cpu
NiosII/eDebugModule=Level1
sysid
系统ID
系统的唯一标识
sdram
Custom，Row=12,Column=8
Datawidth=16,Banks=4
flash
Custom,Addresswidth=21
Datawidth=8
三态桥
Registered
led_pio
PIO,2bits,outputonly
根据用户输入显示
key
PIO,2bits,inputonly
下降沿中断,使能边沿捕获
jtag_uart
使用默认设置
图2.2.2
4.实验内容
（1）在QuartusII中建立一个工程；
（2）使用SOPCBuilder建立生成一个具有表2.2.2所示元件的NiosII硬件系统；
（3）在QuartusII工程中添加PLL；
（4）建立基于NiosII的硬件系统并编译生成配置文件*.sof；
（5）在NiosIIIDE中建立对应硬件系统的NiosIIC/C++Application，编写通过ANSIC标准库访问JTAGUART设备的程序并验证；
（6）再建立一个NiosIIC/C++Application，编写通过HALAPI访问JTAGUART设备的程序并验证；
5.实验步骤
硬件系统的搭建不再详细介绍，整个系统如图2.2.3所示。
JTAGUART内核的详细构造参考“附录四Volume5EmbeddedPeripherals”。
图2.2.3
1）添加JTAGUART
在可用元件列表里双击JTAGUART（图2.2.4），不更改弹出的设置对话框的参数（图2.2.5），因为默认参数可以使面积和速度实现相对均衡。
图2.2.4
2）通过ANSIC标准库访问JTAGUART
首先我们使用NiosIIIDE提供的HelloWorld模板（图2.2.6）实现一个最简单而又经常用到的JTAGUART应用。
系统库属性中将stdout、stdin、stderr均选为jtag_uart（图2.2.7）。
程序如下所示,运行结果如图2.2.8所示。
图2.2.5
/*
*"HelloWorld"example.
*
*Thisexampleprints'HellofromNiosII'totheSTDOUTstream.Itrunson
*theNiosII'standard','full_featured','fast',and'low_cost'example
*designs.ItrunswithorwithouttheMicroC/OS-IIRTOSandrequiresaSTDOUT
*deviceinyoursystem'shardware.
*Thememoryfootprintofthishostedapplicationis~69kbytesbydefault
*usingthestandardreferencedesign.
*
*Forareducedfootprintversionofthistemplate,andanexplanationofhow
*toreducethememoryfootprintforagivenapplication,seethe
*"small_hello_world"template.
*
*/
#include
intmain（）
{
printf（"HellofromNiosII!
\n"）;
return0;
}
图2.2.6
图2.2.7
图2.2.8
下面所示程序将演示另一个稍为复杂的应用，程序注释得比较清楚，不再详细介绍，有关C标准库函数（fprintf（），fwrite（），getc（）等）请读者自查阅相关书籍。
运行结果如图2.2.9所示。
/********************版权声明*****************************
*新疆大学信息科学与工程学院创新实验室
*文件名：
JTAG_CLib.c
*创建者：
吴占敏
*创建日期：
2010.4.30
*校验者：
*校验日期：
*版本号：
V1.0
*功能描述:
使用C库函数访问JTAGUART设备。
1、在IDE的Console栏打印
*菜单信息，操作者通过电脑键盘输入0~4五个数字中的一个控制
*实验板的LED灯开关状态；2、若有实验板上的按键按下，则在
*Console栏打印按键信息。
********************************************************/
#include
#include
#include"system.h"
#include"altera_avalon_pio_regs.h"
#include"sys/alt_irq.h"
#include"alt_types.h"
/**********************************************************
*名称：
KeyEdge_Isr（）
*功能：
下降沿触发中断服务子程序
***********************************************************/
voidKeyEdge_Isr（void*context,alt_u32id）
{
//清边沿捕获寄存器
IOWR_ALTERA_AVALON_PIO_EDGE_CAP（KEY_BASE,0）;
//两个键共用一个中断，所以应把按键的状态读回以判断是哪一个键触发的中断
alt_u8key_state=0;
key_state=IORD_ALTERA_AVALON_PIO_DATA（KEY_BASE）;
key_state&=0x03;
switch（key_state）
{
case0x01:
//第1个按键
{
//重要说明：
为了验证方便在中断服务子程序里使用了printf（）函数，
//实际应用时不建议在中断服务子程序里使用C标准库函数
printf（"key1waspressed.\n"）;
break;
}
case0x02:
//第2个按键
{
printf（"key2waspressed.\n"）;
break;
}
default:
break;
}
}
/**********************************************************
*名称：
PIO_Init（）
*功能：
PIO口初始化，注册中断服务
***********************************************************/
voidPIO_Init（void）
{
//中断使能
IOWR_ALTERA_AVALON_PIO_IRQ_MASK（KEY_BASE,0xff）;
//清边沿捕获寄存器
IOWR_ALTERA_AVALON_PIO_EDGE_CAP（KEY_BASE,0）;
//LED初始化，全灭
IOWR_ALTERA_AVALON_PIO_DATA（LED_PIO_BASE,3）;
alt_irq_register（KEY_IRQ,NULL,KeyEdge_Isr）;
}
/**********************************************************
*名称：
main（）
*功能：
使用C库函数访问JTAGUART设备。
***********************************************************/
intmain（）
{
charprompt=0;//实时存储输入信息
FILE*fp;//文件指针，指向JTAGUART
char*msg="PleaseEnterYourChoice:
\n";
PIO_Init（）;
//以文件读写方式打开JTAGUART设备
fp=fopen（JTAG_UART_NAME,"r+"）;
if（fp）
{
//打印菜单信息
fprintf（fp,"Menu:
\n"）;
fprintf（fp,"0:
AllLEDOff\n"）;
fprintf（fp,"1:
LED1On\n"）;
fprintf（fp,"2:
LED2On\n"）;
fprintf（fp,"3:
AllLEDOn\n"）;
fprintf（fp,"4:
Exit\n"）;
//该句＝fprintf（fp,"PleaseEnterYourChoice:
\n"）;
//=printf（"PleaseEnterYourChoice:
\n"）;
fwrite（msg,strlen（msg）,1,fp）;
while（prompt!
='4'）//若输入'4'表示结束操作
{
prompt=getc（fp）;//通过JTAGUART读取一个字符
switch（prompt）
{
case'0':
//两个LED均灭
{
IOWR_ALTERA_AVALON_PIO_DATA（LED_PIO_BASE,0x03）;
break;
}
case'1':
//第1个LED亮
{
IOWR_ALTERA_AVALON_PIO_DATA（LED_PIO_BASE,0x01）;
break;
}
case'2':
//第2个LED亮
{
IOWR_ALTERA_AVALON_PIO_DATA（LED_PIO_BASE,0x02）;
break;
}
case'3':
//两个LED均亮
{
IOWR_ALTERA_AVALON_PIO_DATA（LED_PIO_BASE,0x00）;
break;
}
default:
break;
}
if（ferror（fp））//检查错误是否与文件指针一起出现，若是，则清除
clearerr（fp）;
}
fprintf（fp,"Exit.\n"）;
fclose（fp）;
}
else
{
printf（"OpenJTAGUARTfailed...\n"）;
}
return0;
}
图2.2.9
3）使用HALAPI访问JTAGUART
详细程序如下所示，通过HALAPI访问JTAGUART主要用到了几个具有UNIX风格的IO操作函数（write（），open（），read（）等），有关这几个函数的详细使用方法请参考“附录五NiosIIsoftwaredeveloper”。
运行结果如图2.2.10所示。
/********************版权声明*****************************
*新疆大学信息科学与工程学院创新实验室
*文件名：
JTAG_API.c
*创建者：
吴占敏
*创建日期：
2010.5.1
*校验者：
*校验日期：
*版本号：
V1.0
*功能描述:
使用HALAPI访问JTAGUART设备。
在IDE的Console栏打印
*菜单信息，操作者通过电脑键盘输入0~4五个数字中的一个控制
*实验板的LED灯开关状态。
********************************************************/
#include
#include
#include
#include"system.h"
#include"unistd.h"
#include"altera_avalon_pio_regs.h"
/**********************************************************
*名称：
main（）
*功能：
使用HALAPI访问JTAGUART设备。
***********************************************************/
intmain（void）
{
intfd;
intcount;
char*menu="Menu:
\n";
char*choice0="0:
AllLEDOff\n";
char*choice1="1:
LED1On\n";
char*choice2="2:
LED2On\n";
char*choice3="3:
AllLEDOn\n";
char*choice4="4:
Exit\n";
char*msg="PleaseEnterYourChoice:
\n";
char*buf;
fd=open（JTAG_UART_NAME,O_RDWR）;//以可读写方式打开设备文件
if（fd<0）{//打开失败
printf（"OpenJTAGUARTfailed...\n"）;
return1;
}
//打印菜单信息
write（fd,menu,strlen（menu））;
write（fd,choice0,strlen（choice0））;
write（fd,choice1,strlen（choice1））;
write（fd,choice2,strlen（choice2））;
write（fd,choice3,strlen（choice3））;
write（fd,choice4,strlen（choice4））;
write（fd,msg,strlen（msg））;
while（*buf!
='4'）
{
count=read（fd,buf,1）;//读入数据，读者可以观察一下count的值
write（fd,buf,count）;//输出读入数据
switch（*buf）
{
case'0':
//两个LED均灭
{
IOWR_ALTERA_AVALON_PIO_DATA（LED_PIO_BASE,0x03）;
break;
}
case'1':
//第1个LED亮
{
IOWR_ALTERA_AVALON_PIO_DATA（LED_PIO_BASE,0x01）;
break;
}
case'2':
//第2个LED亮
{
IOWR_ALTERA_AVALON_PIO_DATA（LED_PIO_BASE,0x02）;
break;
}
case'3':
//两个LED均亮
{
IOWR_ALTERA_AVALON_PIO_DATA（LED_PIO_BASE,0x00）;
break;
}
default:
break;
}
}
printf（"\nExit..."）;
close（fd）;//关闭设备
return0;
}
图2.2.10
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