SOPC范例程序入门.docx

1、SOPC范例程序入门SOPC范例程序一、 跑马灯打开Quartus II，出现如下界面新建一个工程，选择File-New Project Wizard，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Cyclone II，Available devices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Quartus II软件右上方工具栏的，打开SOPC Builder程序。在弹出的对话框中指定SOPC系统的名称，注

2、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Memory and Memory Controllers - On-Chip - On-Chip Memory (RAM or ROM)，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Altera SOPC Builder - Nios II Processor，在弹出的对话框中间选择第一个Nios II/e，表示economy，最小的NIOS

3、 II核心。下面的Reset Vector和Exception Vector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 - Microcontroller Peripherals - Interval Timer，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Simple periodic interrupt即可。 最后添加IO口控制器。双

4、击Peripherals - Microcontroller Peripherals - PIO (Parallel I/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（LEDG7.0）。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（Interval Timer）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-Assign Base Addresses 以及

5、 System - Auto-Assign IRQs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Quartus II软件，选择 File - New，在弹出的对话框中选择Block Diagram/Schematic File，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SOPC Builder

6、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KEY0，代表开发板上的50MHz晶振和KEY0按钮。将输出端改名为LEDG7.0，代表开发板上的LEDG7到LEDG0 共8个绿色LED灯。需要注意的是SOPC Builder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

7、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Quartus II软件菜单栏上的Assignments - Import Assignments 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NIOS II IDE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 - Switch Workspace 选择 software 作为NIOS II的工作空间。确认以后软件会重新启动。在欢迎

8、界面中选择 Workbench，进入主界面 选择 File - New - Nios II C/C+ Application 在Select Project Template内选择第一项Blank Project，Name使用默认blank_project_0，SOPC Builder System PTF File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，Create a new system library，点击Finish完成。 此时，NIOS II IDE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 - Pref

9、erences弹出以下对话框选择Run/Debug - Launching，取消General Options内Build (if required) before launching前面的勾。选择工程blank_project_0，右键单击，选择Properties，在C/C+ Make Project选项卡内选中Build（Incremental Build），在Project References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+ Make Project选项卡中的Build（Increm

10、ental Build）。选中System Library选项卡，在下图所示界面中，取消掉Clean Exit (Flush Buffer)和Support C+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Program never exits，Reduce device drivers和Small C library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Build Project，编译系统库。之后右键点击工程blank_project_0，选择New - Source File，在弹出的对话框中指定文件名为main

11、.c，并将以下代码复制进去，并保存。/ For FPGA project: runningled/ SOPC System: smallest #include system.h#include #include alt_types.h#include / Internal Timer Overflow interruptstatic void timer_overflow(void* context, alt_u32 id) IOWR(TIMER_BASE,0,0); if (*(alt_u8 *)context & 0x80) *(alt_u8 *)context = 0x01; else

12、 *(alt_u8 *)context = *(alt_u8 *)context Run，出现以下对话框选择Nios II Hardware，点击左上角，出现以下界面。点击Run，NIOS II IDE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Quartus II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SOPC Builder，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

13、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512K SRAM。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Create New Component 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Terasic Technologies Inc一项

14、，双击此项下面的SRAM_16Bit_512K，将SRAM加入系统中。 然后添加CPU，双击Nios II Processor。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Nios II/e。Reset Vector以及Exception Vector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 - Character LCD，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Quartus II，新建一个Block Diagram/Schematic

15、 File，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Quartus II软件菜单栏上的Assignments - Import Assignments 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

16、此开发板上不会有什么现象。软件设计 打开NIOS II IDE，选择File - Switch Workspace，选择 software 作为NIOS II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 - Nios II C/C+ Application，在Select Project Template内选择Hello World，其他保持默认设置。第二页中选择第一项Create a new system library。 同上例，选择Window - Preferences - Run/Debug - Launchi

17、ng，取消Build (if required) before launching。打开两个工程hello_lcd_0及hello_lcd_0_syslib的属性对话框，在C/C+ Make Project选项卡内选中Build (Incremental Build)，并取消Project References选项卡内的所有选项。在hello_lcd_0_syslib的属性对话框，System Library选项卡内，选中Clean exit (flush buffers)，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Nios II Hardware，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”Hello from Nios II!”只能显示出前16个字符”Hello from Nios “。