六JTAG UART内核实验.docx

1、六JTAG UART内核实验2.2 JTAG UART内核实验1.实验目的（1）熟悉JTAG UART内核结构；（2）熟悉用C标准库函数访问JTAG UART；（3）熟悉用HAL API访问JTAG UART；2.实验现象 （1）简单应用实验：在信息栏打印“Hello from Nios II!”（2）C标准库实验：根据用户从Nios II IDE窗口“Console”栏输入04Nios II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“Key1 was pressed”，第2个键按下，信息栏显示“Key2

2、was pressed”。（3）HAL API实验：根据用户从Nios II IDE窗口“Console”栏输入04Nios II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，Quartus II顶层原理图如图2.2.2所示。JTAG UART和Jtag Debug Module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JTAG UART设备实现PC与Nios II系统间的串行通信。在许多设计中，JTAG UART常取代RS-232通信设备，用于字符的输入和输出。与

3、UART设备不同的是，JTAG UART是通过JTAG接口来传输数据的。用户可以通过HAL API和ANSI C标准库访问JTAG UART。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cpuNios II/e Debug Module=Level1sysid系统ID系统的唯一标识sdramCustom，Row=12,Column=8Data width=16,Banks=4flashCustom,Address width=21Data width=8三态桥Registeredled_pioPIO,2 bits,output only根据

4、用户输入显示keyPIO,2 bits,input only下降沿中断, 使能边沿捕获jtag_uart使用默认设置图2.2.24.实验内容（1）在Quartus II中建立一个工程；（2）使用SOPC Builder建立生成一个具有表2.2.2所示元件的Nios II硬件系统；（3）在Quartus II工程中添加PLL；（4）建立基于Nios II的硬件系统并编译生成配置文件*.sof；（5）在Nios II IDE中建立对应硬件系统的Nios II C/C+ Application，编写通过ANSI C标准库访问JTAG UART设备的程序并验证；（6）再建立一个Nios II C/C+

5、 Application，编写通过HAL API访问JTAG UART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。JTAG UART内核的详细构造参考“附录四Volume 5 Embedded Peripherals”。图2.2.31）添加JTAG UART在可用元件列表里双击JTAG UART（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2.2.42）通过ANSI C标准库访问JTAG UART首先我们使用Nios II IDE提供的Hello World模板（图2.2.6）实现一个最简单

6、而又经常用到的JTAG UART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/* * Hello World example. * * This example prints Hello from Nios II to the STDOUT stream. It runs on * the Nios II standard, full_featured, fast, and low_cost example * designs. It runs with or without the

7、MicroC/OS-II RTOS and requires a STDOUT * device in your systems hardware. * The memory footprint of this hosted application is 69 kbytes by default * using the standard reference design. * * For a reduced footprint version of this template, and an explanation of how * to reduce the memory footprint

8、 for a given application, see the * small_hello_world template. * */#include int main() printf(Hello from Nios II!n); return 0;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

9、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JTAG UART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04五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

10、_Isr()* 功 能：下降沿触发中断服务子程序*/ void KeyEdge_Isr(void* context,alt_u32 id) /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_u8 key_state = 0; key_state = IORD_ALTERA_AVALON_PIO_DATA(KEY_BASE); key_state &= 0x03; switch(key_state) case 0x01:/第1个按键 /重要说明：为了验证方便

11、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(key1 was pressed.n); break; case 0x02:/第2个按键 printf(key2 was pressed.n); break; default:break; /* 名 称：PIO_Init()* 功 能：PIO口初始化，注册中断服务*/ void PIO_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_

12、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JTAG UART设备。*/int main() char prompt = 0;/实时存储输入信息 FILE* fp;/文件指针，指向JTAG UART char* msg = Please Enter Your Choice:n; PIO_Init(); /以文件读写方式打开JTAG UART设

13、备 fp = fopen(JTAG_UART_NAME,r+); if(fp) /打印菜单信息 fprintf(fp,Menu:n); fprintf(fp,0:All LED Offn); fprintf(fp,1:LED1 Onn); fprintf(fp,2:LED2 Onn); fprintf(fp,3:All LED Onn); fprintf(fp,4:Exitn); /该句fprintf(fp,Please Enter Your Choice:n); /=printf(Please Enter Your Choice:n); fwrite(msg,strlen(msg),1,fp

14、); while(prompt != 4)/若输入4表示结束操作 prompt = getc(fp);/通过JTAG UART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; ca

15、se 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(Open JTAG UART failed.n); return 0;图2.2.93）使用HAL API访问JTAG UART 详细程序如下所示，通过HAL API访问JTAG UART主要用到了几个具有UNIX风格的IO操作函数（writ

16、e（），open（），read（）等），有关这几个函数的详细使用方法请参考“附录五NiosII software developer”。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HAL API访问JTAG UART设备。在IDE的Console栏打印 * 菜单信息，操作者通过电脑键盘输入04五个数字中的一个控制 * 实验板的LED灯开关状态。 */#include #include #

17、include #include system.h#include unistd.h#include altera_avalon_pio_regs.h /* 名 称：main()* 功 能：使用HAL API访问JTAG UART设备。*/int main(void) int fd; int count; char *menu = Menu:n; char *choice0 = 0:All LED Offn; char *choice1 = 1:LED1 Onn; char *choice2 = 2:LED2 Onn; char *choice3 = 3:All LED Onn; char *

18、choice4 = 4:Exitn; char *msg = Please Enter Your Choice: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(Open JTAG UART failed.n); return 1; /打印菜单信息 write(fd,menu,strlen(menu); write(fd,choice0,strlen(choice0); write(fd,choice1,strlen(choice1); write(fd,choice2,s

19、trlen(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 return 0; 图2.2.10