SOPC范例程序入门.docx
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SOPC范例程序入门
SOPC范例程序
一、跑马灯
打开QuartusII，出现如下界面
新建一个工程，选择File->NewProjectWizard，出现以下界面
选择Next>，出现以下对话框
给新工程命名并选择工程目录，本例使用runningled作为工程名。
点击两次Next>，出现如下对话框
在Family中选择CycloneII，Availabledevices中选择EP2C35F672C6，为我们使用的FPGA芯片型号。
然后点击Finish，至此就建立好了新工程。
再点击QuartusII软件右上方工具栏的
，打开SOPCBuilder程序。
在弹出的对话框中指定SOPC系统的名称，注意不要与工程名相同。
指定Verilog为描述系统的语言。
本例将建立一个包含CPU核、4Kb片上RAM、一个定时器和8个IO口的最小片上系统以演示跑马灯程序。
首先在系统中添加片上RAM。
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。
保持默认设置即可。
再添加CPU。
双击AlteraSOPCBuilder->NiosIIProcessor，在弹出的对话框中间选择第一个NiosII/e，表示economy，最小的NIOSII核心。
下面的ResetVector和ExceptionVector都选择onchip_men，即刚才添加的片上RAM的名称。
其它的都保留默认设置即可。
点击Finish添加CPU核。
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。
Preset选择Simpleperiodicinterrupt即可。
最后添加IO口控制器。
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]）。
至此系统组件添加完毕。
为了方便，我们将PIO的名称改为LEDG。
在pio上点击右键->rename，将名称改为LEDG。
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。
（注：
系统IRQ可以是从0到31的整数，数值越小优先级越高。
至此系统已经构造完毕，点击下方Generate生成系统。
程序将提示需要先保存，选是即可。
出现以下画面说明SOPC系统已经生成完毕。
硬件电路设计
SOPC系统生成完毕后，回到QuartusII软件，选择File->New…，在弹出的对话框中选择BlockDiagram/SchematicFile，点击OK。
双击空白处，打开新对话框，在左侧的列表中选择Project->smallest，双击或点下方的OK。
此元件为刚才使用SOPCBuilder生成的片上系统。
共有3组IO口，分别是clk时钟输入、reset_n重启信号输入和绿色LED灯信号输出IO口。
再次在空白部分双击，在Name框内输入input，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。
结果应如下图所示。
双击输入或输出元件可以更改它们的名称。
将两个输入端分别改名为CLOCK_50及KEY[0]，代表开发板上的50MHz晶振和KEY0按钮。
将输出端改名为LEDG[7..0]，代表开发板上的LEDG7到LEDG0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。
最后，点击QuartusII软件菜单栏上的Assignments->ImportAssignments…导入DE2开发板默认的管脚定义文件
保存顶层图为runningled.bdf，编译即可。
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，因此开发板上不会有什么现象。
软件设计
接下来是软件设计。
打开NIOSIIIDE软件。
第一次打开的时候会提示选择工作空间。
也可在程序打开后选择菜单栏File->SwitchWorkspace…
选择<工程所在目录>\software作为NIOSII的工作空间。
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
选择File->New->NiosIIC/C++Application
在SelectProjectTemplate内选择第一项BlankProject，Name使用默认blank_project_0，SOPCBuilderSystemPTFFile使用默认设置，即刚才生成的SOPC系统。
点Next>，在下一个界面中选择第一项，Createanewsystemlibrary，点击Finish完成。
此时，NIOSIIIDE左侧工程列表将多出3个工程
并且程序会在后台开始自动索引。
选择菜单栏Window->Preferences…弹出以下对话框
选择Run/Debug->Launching，取消GeneralOptions内Build（ifrequired）beforelaunching前面的勾。
选择工程blank_project_0，右键单击，选择Properties，在C/C++MakeProject选项卡内选中Build（IncrementalBuild），在ProjectReferences选项卡内取消所有的勾，确认。
类似地，右键单击工程blank_project_0_syslib->Properties，选中C/C++MakeProject选项卡中的Build（IncrementalBuild）。
选中SystemLibrary选项卡，在下图所示界面中，取消掉CleanExit（FlushBuffer）和SupportC++前的勾，因为我们的程序不会退出，也不包含C++的函数和库。
选中Programneverexits，Reducedevicedrivers和SmallClibrary以减小程序体积。
其他保持默认设置即可。
右键点击工程blank_project_0_syslib，选择BuildProject，编译系统库。
之后右键点击工程blank_project_0，选择New->SourceFile，
在弹出的对话框中指定文件名为main.c，并将以下代码复制进去，并保存。
//ForFPGAproject:
runningled
//SOPCSystem:
smallest
#include"system.h"
#include
#include"alt_types.h"
#include
//InternalTimerOverflowinterrupt
staticvoidtimer_overflow（void*context,alt_u32id）
{
IOWR（TIMER_BASE,0,0）;
if（*（alt_u8*）context&0x80）
{
*（alt_u8*）context=0x01;
}
else
{
*（alt_u8*）context=*（alt_u8*）context<<1;
}
IOWR（LEDG_BASE,0,*（alt_u8*）context）;
return;
}
intmain（）
{
alt_u8led=0x01;
//RegisterInterruptServiceRoutine（ISR）
alt_irq_register（TIMER_IRQ,（void*）&led,timer_overflow）;
while
（1）;
}
右键点击工程blank_project_0，选择BuildProject。
编译完成后，软件部分也就完成了。
最后，选择菜单栏Run->Run…，出现以下对话框
选择NiosIIHardware，点击左上角
，出现以下界面。
点击Run，NIOSIIIDE将程序下载到开发板上，之后就能看到8个LED灯轮流点亮了。
.
二、LCD液晶显示器
同第一个例子一样，首先需要打开QuartusII软件并新建一个工程。
我们将工程取名为hello_lcd。
选择好路径，其他同上例一样。
注意两个不同工程路径不要完全相同。
然后打开SOPCBuilder，选择Verilog作为编译语言，系统名称设为lcd_sys。
这个系统同样需要一个CPU核，以及显示用的LCD液晶模块。
由于需要用到很多内置库，因此程序体积会比较大，需要一个容量较大的RAM，我们选择结构较为简单的512KSRAM。
首先添加存储器，但在列表中并没有DE2开发板使用的SRAM芯片组件，需要我们手工添加。
首先需要SRAM_16Bit_512K.v以及SRAM_16Bit_512K_hw.tcl两个文件，将它们复制到工程所在的目录。
双击CreateNewComponent…
选择File->Open…，选择SRAM_16Bit_512K_hw.tcl，打开。
之后点击Finish即可。
系统将会提示需要保存这个组件。
保存以后，在左侧列表中多出了TerasicTechnologiesInc一项，双击此项下面的SRAM_16Bit_512K，将SRAM加入系统中。
然后添加CPU，双击NiosIIProcessor。
在对话框中，可以选择三种CPU规模中的任意一种。
我们仍然选择NiosII/e。
ResetVector以及ExceptionVector都设为刚刚添加的sram。
其他保留默认设置，点击Finish添加CPU。
再添加LCD模块。
选择Peripherals->Display->CharacterLCD，将LCD加入系统中。
之后将各组件地址设置好以后就可以生成系统了。
硬件电路设计
回到QuartusII，新建一个BlockDiagram/SchematicFile，双击空白部分加入刚才生成的系统lcd_sys。
本系统需要两个输入端口以及多个输出端口。
双击空白部分，输入input，添加输入端口。
输入output，添加输出端口。
注意LCD和SRAM的数据线需要使用双向IO口（bidir）。
添加完以后，按照下图所示修改端口名称并连线。
还需要一个输出IO口LCD_ON置高，打开LCD显示屏。
最后，点击QuartusII软件菜单栏上的Assignments->ImportAssignments…导入DE2开发板默认的管脚定义文件
保存顶层图为hello_lcd.bdf，编译即可。
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，因此开发板上不会有什么现象。
软件设计
打开NIOSIIIDE，选择File->SwitchWorkspace…，选择<工程所在目录>\software作为NIOSII的工作空间。
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。
同上例，选择File->New->NiosIIC/C++Application，在SelectProjectTemplate内选择HelloWorld，其他保持默认设置。
第二页中选择第一项Createanewsystemlibrary。
同上例，选择Window->Preferences…->Run/Debug->Launching，取消Build（ifrequired）beforelaunching。
打开两个工程hello_lcd_0及hello_lcd_0_syslib的属性对话框，在C/C++MakeProject选项卡内选中Build（IncrementalBuild），并取消ProjectReferences选项卡内的所有选项。
在hello_lcd_0_syslib的属性对话框，SystemLibrary选项卡内，选中Cleanexit（flushbuffers），取消其他选项。
stderr，stdout和stdin都选为lcd，如下图所示
然后依次编译hello_world_0_syslib和hello_world_0。
完成以后选择菜单栏Run->Run…，选择NiosIIHardware，点击
出现以下界面，点击Run，程序将被下载到开发板上运行。
注意开发板上液晶显示器每行只能显示16个字符，因此程序中输出的”HellofromNiosII!
”只能显示出前16个字符”HellofromNios“。
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