NIOS開(kāi)發(fā)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)簡(jiǎn)介

至此，“橋”搭完。
接下來(lái)在把我們的“數(shù)碼管控制器”加入sopc builder系統(tǒng)中。
現(xiàn)在幾乎所有講nios的書(shū)都會(huì)提及自定義用戶(hù)外設(shè)，而且用的都是altera官方提供的例子PWM，本文的“數(shù)碼管控制器”就是照著它依葫蘆畫(huà)瓢改過(guò)來(lái) 的，呵呵，慚愧慚愧，之所以想改它，一是因?yàn)樗玫氖莢erilog而不是VHDL，而大多數(shù)人先接觸卻是VHDL；二來(lái)PWM的顯示效果似乎不太明顯， 改成數(shù)碼管顯示相對(duì)比較有成就感；第三，PWM的邏輯稍微有一點(diǎn)點(diǎn)復(fù)雜，我們的重點(diǎn)在于說(shuō)明怎樣自定義外設(shè)，當(dāng)然例子越簡(jiǎn)單越好。
既然是照著PWM原樣改的，所以本文工程的結(jié)構(gòu)與之保持高度一致，將其加入sopc builder的步驟也差不多，這里我就不再碼字了，各位照著書(shū)上做吧：
《SOPC嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)教程（周立功等著）》第8章……
再接下來(lái)，建立一個(gè)包含“數(shù)碼管控制器”的nios系統(tǒng)，并編寫(xiě)應(yīng)用程序，實(shí)現(xiàn)從0到9計(jì)數(shù)。
貼張官方的nios設(shè)計(jì)流程圖，看起來(lái)很漂亮是吧，不愧是altera的東西，大而全而不亂。

先說(shuō)最中間的SOPC Builder，它的任務(wù)是建立一個(gè)“以Nios CPU為核心，以Avalon總線為紐帶，將各種硬件設(shè)備連接起來(lái)”的nios系統(tǒng)；這個(gè)系統(tǒng)要在FPGA中運(yùn)行，所以必須掛靠一個(gè)Quartus II工程，用左邊的Quartus II進(jìn)行分配引腳等等工作，生成硬件系統(tǒng)；接著，右邊的Nios II IDE就可以在這個(gè)硬件系統(tǒng)上設(shè)計(jì)應(yīng)用程序了；最后將硬件系統(tǒng)和軟件程序分別下載到FPGA芯片上，大功告成。
下面step by step
1> Quartus II 新建一個(gè)工程名，工程名DE2_SEG7。
2> Tool → SOPC Builder 打開(kāi)SOPC Builder。
3> System Name: nios2_system 選VHDL。
一個(gè)包含“數(shù)碼管控制器”的最小系統(tǒng)至少由3部分組成：CPU必不可少，RAM存儲(chǔ)代碼，還有剛才設(shè)計(jì)的seg7_avalon。
4> 加入Nios II Processor，選Nios II/e，精簡(jiǎn)型夠用了。
5> 加入On-Chip Memory，類(lèi)型選RAM，位寬默認(rèn)32 bits，Total Memory選48Kbytes，等會(huì)兒軟件要占用四十多K空間。
6> 加入seg7_avalon。
7> 將這三個(gè)組件的名稱(chēng)改好看點(diǎn)，然后設(shè)定RAM的基地址為0x00000000，再右鍵鎖定基地址，如圖：

為什么要鎖定RAM的基地址為0呢？點(diǎn)選第二個(gè)選項(xiàng)卡，可以看到Reset Address對(duì)應(yīng)著RAM，系統(tǒng)的復(fù)位肯定要從地址0開(kāi)始。

8> 由于剛才人為改動(dòng)了地址分配，弄亂了，讓系統(tǒng)自動(dòng)再分配一次，當(dāng)然被鎖定的RAM基地址是不會(huì)變的。System →Auto-Assign Base Addresses。最終系統(tǒng)組件列表如下：

注意，seg7的地址范圍是0x00010800→0x00010807，占8個(gè)地址，nios系統(tǒng)的地址按字節(jié)分配，也就是說(shuō)，每個(gè)字節(jié)占用一 個(gè)地址，數(shù)碼管控制器中定義了兩個(gè)寄存器，avalon總線規(guī)定每個(gè)寄存器占32位（實(shí)際上是不是32位它就不管了，反正按最大32位分配），這樣兩個(gè)寄 存器共占去8個(gè)字節(jié)，自然需要8個(gè)地址。
9> 點(diǎn)擊Generate生成nios系統(tǒng)，回到Quartus II。
10> 新建一個(gè)頂層文件File→New→Block Diagram/Schematic File，引入nios II系統(tǒng)，增加輸入輸出引腳。然后，Assignment→Import Assignment，添加引腳分配文件（在DE2光盤(pán)目錄下的DE2_tutorialsdesign_files DE2_pin_assignments.csv），改動(dòng)頂層文件的引腳名稱(chēng)使其與.csv文件中保持一致。

11> 編譯，查看編譯報(bào)告，可見(jiàn)，48K的RAM占用了芯片83%的memory bits，差不多耗光了。

12> 硬件部分已經(jīng)搞定，關(guān)掉Quartus II，打開(kāi)Nios II IDE，切換到工作目錄下。
13> File→New→C/C++ Application，SOPC Builder System選擇nios2_system.ptf（就是剛才Generate Nios II系統(tǒng)生成的東東），再選模板Hello World（純屬偷懶 ），頂上的name改成seg_example，F(xiàn)inish。
14> 改動(dòng)hello_world.c，代碼的功能為：先初始化數(shù)碼管，等待2秒鐘，再進(jìn)行0-9的循環(huán)，循環(huán)過(guò)程中穿插2秒鐘的清屏。SEG7_BASE的宏 定義在system.h中，實(shí)際上就是在SOPC Builder中的seg7_avalon的基地址0x00010800。

15> Project→Build Project，得到編譯報(bào)告，軟件占用了7K空間……

16> 下載到DE2板上，運(yùn)行，數(shù)碼管不停地閃啊閃。
OK，從硬件到軟件的一條龍講完了。