SOPC课程设计--万年历

SOPC课程设计实验报告 万年历 学院: 专业: 学号: 姓名: 指导老师: 2012/06/04一、摘要本文介绍了一种基于片上可编程系统(SOPC)设计万年历的方法。本次设计从系统硬件出发,由CPU，总线，RAM，外接设备等构成SOPC Builder的硬件系统，通过Nios II DE2开发的嵌入式软件编写并嵌入SOPC Builder的硬件中实现万年历的整体开发。通过应用SoPC Builder开发工具，设计者可以摆脱传统的、易于出错的软硬件设计细节，从而达到加快项目开发、缩短开发周期、节约开发成本的目的并具有高集成度、设计灵活和可移植性较好。关键词：万年历 SOPC SOPC Builder Nios II DE2二、设计要求 用Nios II DE2 开发板的LCD显示电子钟的日期和时间。LCD分两行显示，第1行显示年、月、日；第2行显示时、分、秒。用输入BUTTON0来控制LCD行的修改，同时让Nios II DE2开发板上的绿色发光二极管亮灭来表示这个选择。当BUTTON0按一下后，LEDG3亮，可以修改年、月和日的数字；再按一下BUTTON0后，LEDG3灭，可以修改时、分和秒的数字。另外用输入按钮BUTTON3来控制日期和时间的修改，当处于日期修改方式时，每次按动一次BUTTON3，依次更换“年”、“月”和“日”的修改。当处于时间修改方式时，每次按动一次BUTTON3，依次更换“时”、“分”和“秒”的修改。修改对象被选中后，按动BUTTON2输入按钮可以增加显示的数字；按动BUTTON1输入按钮可以减少显示的数字。三、设计内容1、按键信息BUTTON3：“年”、“月”、“日”或“时”、“分”、“秒”切换键BUTTON2：+键BUTTON1：-键BUTTON0：“年”、“月”、“日”与“时”、“分”、“秒”切换键显示信息LCD_Line1：显示“年”、“月”、“日” LCD_Line1：显示“时”、“分”、“秒”2、SOPC Builder 硬件建立 SOPC Builder是在Quartus II里的SOPC Builder进行的，先建立工程，在SOPC Builder里添加硬件，包括CPU ，jtag_uart ，RAM，LCD，PIO，按键，LED，以及LCD_ON。3、Quartus II硬件处理 硬件会自动建立一个顶层模块，通过建一个原理图来对对应的硬件进行输入输出的添加，再锁定引脚，编译工程，硬件下载。 4、Nios II DE2嵌入软件编写 在Nios II里建立工程，选择相应的模块，编写需要嵌入的软件，添加缺少的头文件对应的宏定义，编译工程，进行软件下载，在观察结果。四、设计步骤1、打开Quartus II新建工程2、打开SOPC Builder生成相应的硬件如图所示 建立好后点击Generate运行，看是否出错,然后点击exit退出。 3、调用刚才生成的硬件系统，在Quartus II中建立图形文件，然后进行引脚锁定。引脚锁定引脚文件如下：#Setup.tcl#Setup pin settingset_global_assignment -name RESERVE_ALL_UNUSED_PINS AS INPUT TRI-STATEDset_global_assignment -name ENABLE_INIT_DONE_OUTPUT OFFset_location_assignment PIN_N2 -to clkset_location_assignment PIN_V18 -to led3set_location_assignment PIN_W19 -to led2set_location_assignment PIN_AF22 -to led1set_location_assignment PIN_AE22 -to led0set_location_assignment PIN_W26 -to KEY3set_location_assignment PIN_P23 -to KEY2set_location_assignment PIN_N23 -to KEY1set_location_assignment PIN_G26 -to KEY0set_location_assignment PIN_K4 -to LCD_RWset_location_assignment PIN_K3 -to LCD_ENset_location_assignment PIN_K1 -to LCD_RSset_location_assignment PIN_L4 -to LCD_ONset_location_assignment PIN_J1 -to LCD_DATA0set_location_assignment PIN_J2 -to LCD_DATA1set_location_assignment PIN_H1 -to LCD_DATA2set_location_assignment PIN_H2 -to LCD_DATA3set_location_assignment PIN_J4 -to LCD_DATA4set_location_assignment PIN_J3 -to LCD_DATA5set_location_assignment PIN_H4 -to LCD_DATA6set_location_assignment PIN_H3 -to LCD_DATA7 然后进行编译，在Quartus I下生成文件如下图：4、 Nios II运行打开Nios II IDE2，建立工程，选择count_binary模块，添加一个LCD.h的顶层文件。LCD.h的顶层文件为：#ifndef _LCD_H_#define _LCD_H_/LCD Module 16*2#define lcd_write_cmd(base,data) IOWR(base, 0, data)#define lcd_read_cmd(base) IORD(base, 1)#define lcd_write_data(base,data) IOWR(base, 2, data)#define lcd_read_data(base) IORD(base, 3)/=void LCD_Init();void LCD_Show_Text(char*Text);void LCD_Line2();void LCD_Test();/=#endif /_LCD_H_然后建立count_binary的C+文件。C+文件见附件。5、 连接开发板，将文件下载到开发板，运行文件检验是否正确。6、 检查错误并修改，知道结果正确。 五、运行情况与问题分析1、建立工程时，注意不能出现中文或者空格，且工程名需与文件名一致，选定芯片；2、在生成CPU硬件系统时，定义端口时，需注意设定端口输入与输出的位宽，需与程序定义的数值一致，否则运行溢出报错，须修改；3、建立图形文件后，需进行编译，出现错误得返回原理图核对，找到错误修改后重新编译；4、进行引脚锁定时，注意引脚文件的编写，否则选择引脚文件点击Run后会不成功，从而影响后面程序的调试； 5、当日数为31时，调节月份日期不会随机改变，就会出现4月31日等错误，加入程序段但是还是没有完成跳变； 6、程序中闪烁程序段、跳变程序段不执行，程序还需后续修改。 六、结论采用NIOS集成开发环境提供的快捷开发手段，在Cyclone 1C6Q240C8芯片上创建了一个用户定制CPU和外设的片上系统，同时完成对液晶显示器和LED的编程控制。整个系统充分体现了SOPC设计方法的灵活性，设计时只定制系统需要的外设器件接口，避免过多的外围电路和器件造成体积、功耗的增多和可靠性的下降。由于采用软核结构，方便系统的升级和扩展，而不必硬件改版，节约了成本，加快开发进度，缩短了产品的开发周期。综上所述，万年历的设计思想新颖独特，有很多创新之处。 七、心得体会 经过本次SOPC课程设计实验，使我更加熟悉了Quartus 与Nios DE2以及开发板的使用，熟练掌握了从理论设计到硬件开发的流程，了解了万年历通过编程实现的整个过程。从整个实验实现的过程中，碰到一些以前未出现过的问题，在自己的努力以及同学、老师的帮助下，使自己的理论及操作水平有所提高，在此我要郑重感谢指导老师黄乡生。附 件C+程序代码如下：#include alt_types.h#include #include #include #include system.h#include sys/alt_irq.h#include altera_avalon_pio_regs.h/#includecount_binary.h#include LCD.h#include io.h/#include basic_io.hvolatile int edge_capture;void LCD_Init() lcd_write_cmd(LCD_BASE,0x38); usleep(2000); lcd_write_cmd(LCD_BASE,0x0C); usleep(2000); lcd_write_cmd(LCD_BASE,0x01); usleep(2000); lcd_write_cmd(LCD_BASE,0x06); usleep(2000); lcd_write_cmd(LCD_BASE,0x80); usleep(2000);void LCD_Show_Text(char*Text) int i; for(i=0;i=3) pos=0; if(screen=2) screen=0; /na_LED8-np_piodata=1pos; if(screen=0) IOWR_ALTERA_AVALON_PIO_DATA(LEDG_BASE,0x2); else IOWR_ALTERA_AVALON_PIO_DATA(LEDG_BASE,0x0); usleep();/等待半秒的定时时间 if(i=0) i=1; else i=0; if(i=0) if(second59) second+; else second=0; if(minute59) minute+; else minute=0; if(hour23) hour+; else hour=0; if(day30) day+; else day=1; if (month12) month+; else month=1; if(year1) day-; else if (check_month(month)=0) day=30; if (check_month(month)=1) day=31; if (check_month(month)=2) if(check_year(year)day=29; else day=28; if (screen=1) if(second0) second-; else second=59; else if(pos=1) if(screen=0) if(month1) month-; else month=12; if(day=31) if(month=4|month=6|month=9|month=11) day=30; else if (month=2) if(year%400)=0)|(year%4)=0)&(year%100)!=0) day=29; else day=28; else day=31; if(screen=1) if(minute0) minute-; else minute=59; if(pos=2) if(screen=0) if (year0) year-; else year=2005; if (screen=1) if (hour0) hour-; else hour=23; break; case 0x04: if (pos=0) if (screen=0) if(check_month(month)=0) if(day30) day+; else day=1; else if (check_month(month)=1) if (day31) day+; else day=1; else if(check_month(month)=2) if (check_year(year) if(day29) day+ ; else day=1; else if (day28) day+ ; else day=1; else if(screen=1) if(second59) second+; else second=0; else if (pos=1) if(screen=0) if (month12) month+; else month=1; if(day=31) if(month=4|month=6|month=9|month=11) day=30; else if (month=2) if(year%400)=0)|(year%4)=0)&(year%100)!=0) day=29; else day=28; else day=31; /* else if (screen=1) if (month12) month+; else month=1; */ else if(screen=1) if (minute59) minute+; else minute=0; if(pos=2) if (screen=0) if (year9999) year+; else year=2005; else if (screen=1) if (hour23) hour+; else hour=0; break; case 0x01: screen+; break; /换屏 edge_capture=0; year4=year/1000; year3=(year-year4*1000)/100; year2=(year-year4*1000-year3*100)/10; /year2=year-year4*1000-year3*100)/10; year1=year%10; month2=month/10; month1=month%10; day2=day/10; day1=day%10; LCD_Line1(); date0=year4+0x30;date1=year3+0x30; date2=year2+0x30;date3=year1+0x30; date4= ; date5= ; date6=month2+0x30; date7=month1+0x30; date8= ;date9= ; date10=day2+0x30;date11=day1+0x30; date12= ; date13= ; date14= ;date15= ; LCD_Show_Text(date); hour4=0;hour3=0; hour2=hour/10;hour1=hour%10; minute2=minute/10; minute1=minute