基于NiosII的流水灯设计

1、长安大学 电子与控制工程学院 电子科学与技术系基于NiosII的流水灯设计一、实验目的：基于NiosII设计一个8位LED流水灯系统，要求掌握SOPC系统设计方法，了解SDRAM和FLASH芯片的接口特性，掌握QuartusII软件的使用方法以及NiosII EDS设计应用软件的基本流程。二、实验条件：1. 安装WindowsXP系统的PC机；2. 安装QuartusII9.0 EDA软件；3. 安装NiosII EDS 9.0 软件；4. GW48型SOPC开发平台；三、实验要求：设计过程包括硬件设计和软件设计两部分内容。使用SOPC Builer工具建立处理器系统，使NiosII处理器成功

2、连接SDRAM、FLAHS以及连接LED的PIO驱动模块。通过嵌入式锁相环获得稳定的100MHz时钟为系统和SDRAM使用。系统时钟复位端连接LEDSDRAM接口FLASH接口使用按键1实现系统复位（模式7，按键为单脉冲，接口为IO0）：复位用LED阵列显示流水灯效果：注：要求使用LED1LED8。对应的IO编号分别为（IO60、IO67、IO65、IO63、IO70、IO73、IO75、IO79）。四、实验步骤：1. 打开QuartusII软件，建立一个新的工程：单击菜单FileNew Project Wizard输入工程的路径、工程名以及顶层实体名。单击Next按钮，出现以下窗口由于我们建

3、立的是一个空的项目，所以没有包含已有文件，单击Next继续。设置器件信息：单击Next，指定第三方工具：这里我们不指定第三方EDA工具，单击Next后结束工程建立。2. 建立SOPC系统单击ToolSOPC Builder菜单项，启动SOPC Builder配置工具。在弹出的系统命名对话框中为系统名称命名“MySystem”，并选择目标描述语言为“VHDL”，点击OK保存。建立并配置处理器IP核。双击或选择IP核库列表中的NiosII Processor为系统添加NiosII处理器。系统将弹出如下对话框要求用户对处理器情况进行配置，此时我们先选择Finish默认系统的配置。右键处理器更改其名称

4、为“MyCPU”。本设计所使用的存储器是核心板载的SDRAM（K4S561632）和FLASH（AM29VL065D），所以需要通过为系统添加相关的IP核来驱动。双击IP核列表中的Memories and Memory Controllers/SDRAM/SDRAM Controller将弹出以下的SDRAM控制器配置窗口，根据板载的SDRAM外围参数，按以下数据填入。点击Next填写SDRAM的延时参数（默认参数），点击Finish完成。右键修改SDRAM的名称“SDRAM”。 如下图双击IP核列表中的Library/Bridges and Adapters/Avalon-MM Trista

5、te Bridge为系统添加链接FLASH的三态桥IP核。在弹出的对话中中直接点击Finish。双击IP核列表中的Library/Memories and Memory Controllers/Flash/Flash MemoryInterface(CFI)为系统添加FLASH界面IP核，并按照下图填入描述参数。点击Next填入时序参数，并点击Finish完成参数配置。修改此IP核实例名称为“FLASH”，如下图。 配置IP核之间的连接关系点击菜单System/Auto-Assign Base Addresses完成存储器地址分配。在此双击处理器IP核实例“MyCPU”配置复位地址和异常中断地

6、址，并点击Finish完成配置，如下图。更改处理器的工作时钟频率为100MHz，如下图。双击IP核列表中的Library/PIO，添加PIO模块，按照下图配置（默认配置）并更名为“LED”。建议再次点击菜单System/Auto-Assign Base Addresses重新对地址分配。到此，SOPC系统的配置工作已经完成，点击Generate按钮生成SOPC系统，系统生成完毕并成功后点击Exit推出SOPC Builder环境。3. 建立系统电路图单击FileNew菜单项，选择弹出窗口中的Block Diagram/Schematic File，单击OK按钮以建立打开空的图形输入文件，注意此

7、文件并没有在硬盘中保存。双击图形输入区域的空白处，选择弹出窗口中的SOPC系统模块，点击OK按钮添加到图形输入区域。添加锁相环。点击菜单Tools/MegaWizard Plug-In Manager并在弹出的对话框中选择“Create a new custom megafunction variation”点击Next继续。 如下图选择锁相环IP核，并对其命名“MyPLL”，点击Next进入锁相环的设定环节。按照下图设定锁相环的输入频率为20MHz，点击Next继续。清除弹出对话框的所有选项，以此简化对锁相环的控制，点击Next。对弹出的对话框做如下设置，点击Next继续。对弹出的对话框，配

8、置c0时钟频率为输入时钟的5倍（100MHz），如下图，点击Next继续。出现c1时钟配置页面后，不选择此时钟输出，直接点击Next继续。弹出c2时钟配置页面后，对其做如下配置，用于SDRAM的时钟（频率为100MHz，移相为-63），点击Next继续。 到此配置过程完成，点击Finish生成锁相环。 连接锁相环到电路中。双击图形输入区域，选择生成的锁相环，添加到电路中。再次双击图形输入空白区域，如下图输入引脚类型“input”添加输入和输出引脚，按照图示连接并对引脚命名。（添加输出引脚时输入“output”，双向引脚“bidir”）连接其他引脚。根据SOPC系统端口的方向依次添加各引脚并按照

9、下图命名（复位端用到了一个反相器，键入名称“NOT”即可获得）。端口连接和命名完成之后点击保存按钮。引脚锁定。点击Processing/Start Compilation编译当前工程，以获得电路的引脚信息。编译完成之后，点击菜单Assignments/Assignment Editor对引脚进行锁定。锁定方式如下表所示：引脚名称锁定位置SD_ADDR0PIN_R14SD_ADDR1PIN_R15SD_ADDR2PIN_R16SD_ADDR3PIN_T16SD_ADDR4PIN_U13SD_ADDR5PIN_U14SD_ADDR6PIN_U15SD_ADDR7PIN_V14SD_ADDR8PIN

10、_V15SD_ADDR9PIN_W14SD_ADDR10PIN_W15SD_ADDR11PIN_W16SD_ADDR12PIN_AA12SD_BA0PIN_Y19SD_BA1PIN_Y20SD_CASPIN_AA15SD_CKEPIN_Y22SD_CLKPIN_Y21SD_CSnPIN_AA17SD_DQ0PIN_M15SD_DQ1PIN_M16SD_DQ2PIN_M18SD_DQ3PIN_M19SD_DQ4PIN_N15SD_DQ5PIN_N21SD_DQ6PIN_N22SD_DQ7PIN_P15SD_DQ8PIN_P17SD_DQ9PIN_P18SD_DQ10PIN_P19SD_DQ11P

11、IN_P20SD_DQ12PIN_P21SD_DQ13PIN_P22SD_DQ14PIN_R18SD_DQ15PIN_R19SD_DQM0PIN_Y14SD_DQM1PIN_Y17SD_RASnPIN_AA16SD_WEnPIN_AA14FLASH_ADDR0PIN_M5FLASH_ADDR1PIN_M6FLASH_ADDR2PIN_M7FLASH_ADDR3PIN_M8FLASH_ADDR4PIN_N1FLASH_ADDR5PIN_N2FLASH_ADDR6PIN_N3FLASH_ADDR7PIN_N4FLASH_ADDR8PIN_N5FLASH_ADDR9PIN_N6FLASH_ADDR1

12、0PIN_P1FLASH_ADDR11PIN_P2FLASH_ADDR12PIN_P4FLASH_ADDR13PIN_P5FLASH_ADDR14PIN_P6FLASH_ADDR15PIN_R1FLASH_ADDR16PIN_R2FLASH_ADDR17PIN_R4FLASH_ADDR18PIN_R5FLASH_ADDR19PIN_R6FLASH_ADDR20PIN_R11FLASH_ADDR21PIN_T7FLASH_ADDR22PIN_T8FLASH_CSnPIN_W11FLASH_DATA0PIN_R7FLASH_DATA1PIN_R8FLASH_DATA2PIN_T1FLASH_DAT

13、A3PIN_T2FLASH_DATA4PIN_T3FLASH_DATA5PIN_T5FLASH_DATA6PIN_T6FLASH_DATA7PIN_U1FLASH_RDnPIN_W9FLASH_RSTnPIN_Y6FLASH_WRnPIN_Y5CLKPIN_L1RSTPIN_AB15LED0PIN_AB16LED1PIN_AB11LED2PIN_AB7LED3PIN_AB19LED4PIN_A8LED5PIN_A5LED6PIN_A3LED7PIN_Y10锁定完成后保存引脚锁定文件。 点击菜单Assignments/Device将弹出以下对话框，点击其中的“Device and Options

14、”按钮，在弹出对话框的“Unused Pins”选项卡中设定未使用的引脚为“As input tri-stated with weak pull-up”。编译工程。单击ProcessingStart Compilation开始编译，编译过程中如果有出错消息，请参考提示对工程进行修改直到编译完全成功为止。4. 软件设计启动NiosII EDS软件，选择File/New/NiosII Application and BSP from Template新建一个应用工程和板级描述包。在弹出的对话框中填入SOPC描述信息和工程名。在模板窗口中选择“Blank Project”点击Finish完成一个空应

15、用工程的建立。在工程管理窗口中右键点击“Led_Flow_Soft”，从弹出菜单中选择新建源文件，如下图。为源文件起名“main.cpp”已建立一个C+文件，点击Finish确定。编写源文件：保存工程后点击Project/Build All编译工程。点击菜单项NiosII/QuartusII Programmer，打开QuartusII编程下载对话框，将QuartusII工程生成的SOF文件下载到FPGA芯片中。下载成功后，开发板就构造成功了一个NiosII系统，我们需要把流水灯程序下载到其中的Flash中实现流水灯效果。注意下载后不要断电，后续的Flash下载过程需要保证NiosII系统常驻

16、在FPGA中。点击菜单项NiosII/Flash Programmer，打开Flash编程下载对话框。点击新建菜单，指定板级描述文件的位置（默认位置在工程目录的software文件夹中）。添加程序下载文件到对话框中，下载文件后缀名为.elf。 点击Start即进行下载。程序下载无误即可看到LED的流水灯效果。五、实验结果附：1. 参考代码：-制作人：程鸿亮-#include system.h#include alt_types.h#include unistd.h#include altera_avalon_pio_regs.hint main()alt_u8 iData(1);alt_u8

17、i(0);while(1)if(i7)iData=iData1;IOWR_ALTERA_AVALON_PIO_DATA(LED_BASE,iData);i=(+i)%14;usleep(100000);return 0;-2. 开发系统I/O管脚映射表：引脚名称引脚号引脚名称引脚号I/O0AB15I/O40C13I/O1AB14I/O41C7I/O2AB13I/O42H3I/O3AB12I/O43U3I/O4AA20I/O44P3I/O5AA19I/O45F4I/O6AA18I/O46C10I/O7L19I/O47C16I/O8J14I/O48G20I/O9H15I/O49R20I/O10H14PIO60AB16I/O11G16PIO61AB17I/O12F15PIO62AB18I/O13F14PIO63AB19I/O14F13PIO64AB20I/O15L18PIO65AB7I/O16L17PIO66AB8I/O17K22PIO67AB11I/O18K21PIO68A10I/O19K18PIO69A9I/O20K17PIO70A8I/O2