片上系统设计课程

1、中国地质大学（武汉）课 程：片上系统设计课程实验报告姓 号：学 号：班 级：指导老师：王家豪目录 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark23 o Current Document 一、题目及要求：3 HYPERLINK l bookmark26 o Current Document 题目：3功能要求：3二、实验原理4 HYPERLINK l bookmark45 o Current Document 设计构思：4三、实验操作6 HYPERLINK l bookmark57 o Current Document 打开工程6 HYPERLINK l bookmark6

2、1 o Current Document 启动 Tools SOPC Builder6 HYPERLINK l bookmark67 o Current Document 去掉程序中不用的模块7 HYPERLINK l bookmark70 o Current Document 成功生成软核7 HYPERLINK l bookmark73 o Current Document 编译工程8 HYPERLINK l bookmark77 o Current Document 烧入板子8打开 Nios II【。，建立 Nios c/c+ Application9 HYPERLINK l bookma

3、rk88 o Current Document 转移代码9 HYPERLINK l bookmark92 o Current Document 编译工程后运行11 HYPERLINK l bookmark96 o Current Document 四、实验结果11实验其他操作描述：13 HYPERLINK l bookmark102 o Current Document 五、实验代码（附加）14 HYPERLINK l bookmark106 o Current Document 六、设计小结14 HYPERLINK l bookmark113 o Current Document 七、实验分

4、工14、题目及要求:题目：基于FPGA的音乐播放器设计，要求：FPGA开发板上从SD卡读取音频文件并播放音乐， 支持WAV格式或MP3格式或其他格式音频文件，所有数字电路设计均采用Verilog HDL语言， 软件程序设计采用C语言。功能要求：（可实现某几项或全部）支持SD卡文件读取；支持WAV或MP3或其他格式音频，如为压缩格式则需解压缩；歌曲名称LCD显示；支持“播放/暂停”控制功能；支持“前一首”功能；支持“下一首”功能；支持LED灯显示音量功能；支持复位功能；支持硬启动，FPGA码流文件和软件二进制文件写入ROM，从ROM启动；支持总歌曲数和第几首歌曲显示功能，通过LCD或数码管显示。

5、实验原理实验目的：实现了一个全功能的音乐播放器，打通过Altera DE2开发板上的音乐文件的能 力，可播放实时的SD卡上WAV格式音乐文件，同时为用户提供互动的音乐，如暂停，快进 等等。熟悉片上系统开发的流程。设计构思：按要求看，已给的工程中在播放音乐的时候不可以切换下一首歌曲，只能在选择歌曲的界 面选择下一首上一首，这不像我们平时使用的音乐播放器，所以我们试图将音乐播放过程中切 换歌曲此功能加到四个key上去。这里使用的基本内存是SD卡。板子上有一个SD卡插槽，将其插入SD卡。SD卡控 制器的设计提供的SD记忆的相互作用。为了找到最佳的方法，界面与DE2开发板的SD卡， 我们遇到了各种现有

6、的IP可用于控制在HAL的抽象级别或物理实现SD卡的核心。SD卡的文件系统必须符合下列要求：-FAT16文件格式，意味着最小的数据单元是16位长。-此外，在FAT16格式的分区将整个内存的数据块，每块512个字节组成。其中文件系统的FAT16为FAT16系统需要由SD卡控制器侦测到该卡。该系统分区成块，其中分区进行。在按键的控制上面：具体实现了 SW4，SW5和 SW 6用于快进，暂停去扭转和歌曲分 别。此外，SW3选择随机模式KEY和KEY3用于通过播放列表进行浏览以选择一个特定 的歌曲。dp成河回Avalon BusPIOSEG7Audio Codec ChipSDCardSEG7LED/

7、SW/KEYSDRAM 64MBSDRAM ControllerAUDIO ControllerPIO ControllerI2CPIO Controller Controller Controller系统框架NIOSII，SD卡以及其他外设都是通过Avalon总线相连接的。Avalon总线是一种协议 较为简单的片内总线，Nios通过Avalon总线与外界进行数据交换。实验主要的工作就是通过NiosII来控制各个设备的工作。其中外设有VGA （视频图形阵列）控制器、内存、LCD显示控制器、LED灯、按键和开关控制。音频数据通过总线存入输入输出缓存器中，然后经过音频编解码器，通过扬声器输出。1.

8、检测插入的SD卡，如果SD卡不存在就继续检测，如果存在就跳到2找到根目录下的所有波形文件然后设置SD卡第一个文件作为当前的文件读取文件头找到采样率。设置音频芯片的采样率。然后读取512字节的数据，如果读取发生错误则跳到1如果没有读取错误，就播放读 取的512字节的数据并且更新LED随后就更新播放时间并检测文件是否读完。如果不是就再次回到6,并重复以上步骤； 如果读取完毕，就把下一个文件设置为当前文件，然后再继续设置音频芯片的采样率并回到4。实验操作实验代码和基本工程文件已经从老师那里得到。打开工程启动 Tools SOPC Builder由于我使用的较高版本软件，这里选择“open in Cl

9、assi欧旧版本打开。Upgrade Project Filet- You must upgrade the project fileto 呼stprogrammer, add .sof files 后，添加硬件开始。打开Nios II IDE,建立Nios c/c+ ApplicationBlank ProjectBoard Diagnostics Count Binary Hello Freestanding Hello MicroC/OS-ll Hello WorldHello World SmallMemory TestSimple Sock&t Server Web ServerNe

10、w ProjectNios II C/C+ ApplicationClick Fini&h to create application with a default system library as E:wav_player wav playerDescriptionCreates a blank projectDetailsBlank Project creates an empty project to which you can add your code.This software example runs on the following Nios II hardware desi

11、gns:u Eack Next FinishCancel转移代码将已给工程中 hello_led_0文件夹下的.h.c代码考到刚建立的wav_player目录下的wav_player内，在回到软件右键点击refresh。 wav player wav player v 0|wav. PZU名称修改日期类型,settings8,19 周四 0:46划犊,i .cdtbuild6.19 周四 0:46CDTBUILD.cdtprqject6,19 周四 0:46CDTPROJEC-.project8.19 周四 0:46PROJECT 如_ application.stf&19 周四 0:46ST

12、F文件0 G) basicjo.h3.14 周五 21:54C/C+ + Heac叵| filejist.c3卫。周四14:54C文件回 find_cluster.c3,19 周三 23:40C丈件0 回 head.h3.2。周四 132C/C+ + Heac0 hellojed.c6,1B 周三 21:09C文件LCD.c3.20 周四 0:44C文件四 L宴 readjyric&.c3.20 周四 2:30C文件readme.txt6,19 周四 0:46叵| sd_card.c3.15 周六 2:17C文件回show_name.c3,2。周四 0:01C丈件0k.Tj time.c3.1

13、9 周三 22:42C文件国(+国|由国|由国| 国|向国国|国|国:由国Ia:B Nios IE C/C + + Projects= o今日农p田法 a Itera .com pon ents 句砂s1s1_syslib systemjDwav_playerbasicjo.h head.h filejistc findluster-c hellojed.c LCD.c readjyrics.c sd_cand.c show_name.c time.c application.stf readme.txt宙西 wav_p I ayer_sysi i b systerri_O编译工程后运行成功后

14、 Run as NIOS IlhardwareCreating generated_app.sh.Post-processing to create cfi_flash_O.flashHardware simulation is not enabled for the rarger SOPC Builder sysrem. Skipping creation of hardware simulation model contents and simulation symbol files. (Note: This does not affect the instruction set simu

15、lator.)Build conmleted in 21.053 seconds一、实验结果此图为提示选歌界面SRAM512KB2.第二幅图为播放第一首歌曲，歌名为dawn。3.此图为播放第2首歌，歌名为Counting Stars,刚开始播放第00秒。4.此图为加载歌曲的界面，显示loading。选歌界面：key2为移动下一首，key3为移到上一首，keyl确认播放。播放歌曲的时候：key0复位退回到选歌，keyl为播放下一首，key2为播放上一首， 长按key3暂停。其他：前两个数码管先当前播放第几首歌，接下来两个显示总曲目，最后四个显示歌 曲的时间进度swi4开关快进，swi5开关快退，

16、swi6开关暂停。只保留顺序播放swi0 开关。其他的随机循环播放功能删除了，显示歌词也删除了。五、实验代码（附加）简单说明，老师提供的工程hello_led.c中是一个主函数，我在里面添加了一个子函数用于 自身嵌套实现在播放歌曲时切换歌曲，退出播放等操作。hello_led.c文件中调用各个子函数， 具体实现办法要看分散在各个.c源文件中的子函数，比如LCD显示控制，数码管显示控制，LED 等显示控制。下载地址：六、设计小结在本次实验的过程中，主要是进行了 Quartus II与NIOS II IDE的软件操作过程，并对 所提供的代码进行运行之后对所出现的问题进行相关的调试。遇到的问题：使用

17、老师所提供的工程文件和代码进行修改，对工程进行编译和运行会遇到各种错误， 经过上网查询是自己笔记本的软件版本太新的原因，通过重新编译或者新建工程解决 问题。在想要规则的显示音量的问题上。我们在网上找到了另外一个人自己设计的方案。重 现他的实验过程 时，但是在把程序下载 的板子中去的时候出现 Error: Cant configure device. Expected JTAG ID code 0X020820DD for device 1, but found JTAG ID code 0X020830DD。编译是通过的。后来上网查找才发现是开发 板的型号不对。最后无奈还是回到了老师提供的工程方案之中。其他一些零碎的软件操作小问题，向他人请教解决。这个实验让我们熟练的使用quartus2与nios2，受益匪浅。软核设计提供了例子，所以其 中代码的理解占这个实验很大的一块：hello_led.c中包含主函数，再调用其它源文件