第16讲NiosII应用系统的设计流程
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Transcript 第16讲NiosII应用系统的设计流程
电子设计自动化技术
讲授：伍宗富
《 E D A 技 术》 课 程 教 学
讲授：伍宗富
湖南文理学院电气与信息工程学院
2015年4月9日星期四
电子设计自动化技术
讲授：伍宗富
第 十六 讲 NiosII应用系统的设计流程
教学目的：使学生会用Quartus II和Nios II IDE软件进行
NiosII应用系统的设计。
教学重点：通过实例讲解NiosII系统的设计方法。
教学难点： NiosII应用系统的设计步骤。
教学方法：讲授法、计算机辅助法。
课时计划：2学时
使用教材：SOPC技术与应用．江国强 编著．北京：机械工业出版社
主要参考文献:
[1]
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[4]
[5]
[6]
[7]
[8]
[9]
刘洪涛．ARM嵌入式体系结构与接口技术[M]．北京：人民邮电出版社
田耘等．无线通信FPGA设计[M]．北京：电子工业出版社
孟宪元等．FPGA嵌入式系统设计教程[M]．北京：电子工业出版社
徐光辉等.基于FPGA的嵌入式开发与应用[M].北京：电子工业出版社
沈文斌.嵌入式硬件系统设计与开发实例详解[M].北京：电子工业出版社
周立功等．SOPC嵌入式系统基础教程[M]．北京：北京航空航天大学出版社
王彦等.基于FPGA的工程设计与应用[M].西安：西安电子工业出版社
周润景等．基于QuartusII的FPGA/CPLD数字系统设计实例[M]．北京：电子工业出版社
http://www.altera.com
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课题： NiosII应用系统的设计流程
一、 NiosII系统的硬件设计流程
二、 NiosII系统的软件设计流程
三、 NiosII系统中IP核的添加
四、课堂小结
五、作业
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一、NiosII系统的硬件设计流程
niosii_c
下面以“两个LED交替闪烁”的设计为例
进行NiosII系统的设计流程讲解。
clk
reset_n
out_port_from_the_pio_0[1..0]
inst
１. 新建SOPC设计项目
（１）建立一个文件夹，作为保存设计文
件的工程目录．
（２）建立设计项目名，执行Ｑuartus II
中“File”-> “Ｎew Project Wizard”，
器件选“Ｃyclone II EP2C20Q240C8”。
（３）建立SOPC系统，执行“Ｔools”
->“SOPC Builder…”－>“Ｎew
system” （设定语言选VHDL）。
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一、NiosII系统的硬件设计流程
１. 新建SOPC设计项目
２. 加入ＮiosII系统组件
（１）加入Ｎios CPU CORE．
执行“Nios II Processor…”,添加一个Nios
II /e（经济型CPU）
经济型
标准型
快速型
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一、NiosII系统的硬件设计流程
１. 新建SOPC设计项目
２. 加入ＮiosII系统组件
（2）加入RAM（32bit/8KB）、PIO(output)组件．
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一、NiosII系统的硬件设计流程
3. 生成ＮiosII系统
（1）系统自动分配基地址、自动分配中断地址
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一、NiosII系统的硬件设计流程
3. 生成ＮiosII系统
（2）系统生成设置与命令执行
系统提示“SUCCES：
SYSTEM GENERATION COMPLETED”
表示生成正确。
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一、NiosII系统的硬件设计流程
“两个LED交替闪烁”的NiosII嵌入式硬件系统设
4.计在Quartus工程中添加Nios系统
假设设计的嵌入式系统工作时钟为50MHz，现输入时钟为25MHz。
故需从Quartus的megafunctions的IO库中添加一个锁相环（PLL）。
锁相环altpll ：fin=25MHz , fco= 50MHz , 倍频系数为2。
altpll0
niosii_c
clk
INPUT
VCC
inclk0
PIN_154
inclk0 f requency : 25.000 MHz
c0
clk
reset_n
Operation Mode: Normal
Clk Ratio Ph (dg) DC (%)
c0
2/1
0.00
out_port_from_the_pio_0[1..0]
50.00
inst
inst1
reset
OUTPUT
led[1..0]
PIN_6
PIN_7
Cy clone II
INPUT
VCC
PIN_116
5. 器件选择、引脚锁定、编译下载至Flash配
置芯片（EPCS1），在FPGA芯片中建立硬件
系统。
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一、NiosII系统的硬件设计流程
“两个LED交替闪烁”的NiosII嵌入式硬件系统设
计
5. 器件选择、引脚锁定、编译下载至Flash配置
芯片（EPCS4），在FPGA芯片中建立硬件系统。
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二、NiosII系统的软件设计流程
“两个LED交替闪烁”的Nios IDE软件设计
1. 新建软件工程
（1）运行Nios IDE，执行Nios IDE中的
“File”->Ｎew ->Project ->Nios II C/C++ Application
（2）在新建对话框中设定工程文件名字，选择已建立的
Nios II （CPU）系统文件nios_c.ptf，并选择工程模板。
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二、NiosII系统的软件设计流程
“两个LED交替闪烁”的Nios IDE软件设计
2. 程序编写（或根据模板修改）
#include "system.h"
#include "alt_types.h"
int main (void)
{
alt_u8 led = 0x2; alt_u8 表示无符号8位数，在alt_types.h中定义
volatile int i;
while (1)
{
for(i=0;i<200000;i++) ;循环延时
led = 0x1;
*(unsigned int *)PIO_0_BASE = led; 表示控制led的PIO基地址
for(i=0;i<200000;i++) ;
led = 0x2;
*(unsigned int *)PIO_0_BASE = led;
}
return 0;
}
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二、NiosII系统的软件设计流程
“两个LED交替闪烁”的Nios IDE软件设计
3. 编译工程
（1）编译设置（使编译编译出更高效、占用空间更小的代码）
①工程属性设置：鼠标右击，选择快捷菜单的
“Properties”。在对话框中选C/C++Build->Tool Setting
-> Nios II Compiler-> General，在“Optimization
Level”中选择“Optimze size（-Os）。
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二、NiosII系统的软件设计流程
“两个LED交替闪烁”的Nios IDE软件设计
3. 编译工程
（1）编译设置（使编译编译出更高效、占用空间更小的代码）
②工程系统库属性设置：鼠标右击，选择快捷菜单的
“Properties”。在对话框中选C/C++Build->Tool Setting
-> Nios II Compiler-> General，在“Optimization Level”
中选择“Optimze size（-Os）。
在对话框中选择“System Libray”；
将“Max file descriptors:” 改为4；
清除（不选）“Clean exit”，
“Link with profiling library”;
复选“Reduced device drivers”和
“Small C library”
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二、NiosII系统的软件设计流程
“两个LED交替闪烁”的Nios IDE软件设计
3. 编译工程
（2）编译
选择工程：鼠标右击，选择快捷菜单的“Build Project”
编译成功。占用内存空间680B，剩余7512B
建立nios II_c系统时定义的是8K内存。
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二、NiosII系统的软件设计流程
“两个LED交替闪烁”的Nios IDE软件设计
4. 调试工程（连接好下载线至FPGA核心板的JTAG口）
菜单Run->Debug As->Nios Hardware.
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二、NiosII系统的软件设计流程
“两个LED交替闪烁”的Nios IDE软件设计
5. 运行工程（连接好下载线至FPGA核心板的JTAG口）
Nios IDE菜单Tool->Quartus II Programmer.
软件设计完成并调试成功后，在Quartus II中
将整个项目进行编译，将硬件配置信息与软
件初始化信息编译在一起，并下载固化在配
置芯片（EPCS4）中，最终使用FPGA实现设
计者定制的处理器及控制器等于一体的NiosII
嵌入式系统。
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三、 NiosII系统中IP核的添加
1. 加入用户自定义NiosII系统的外部实体
方法①将用户自定义的程序包复制到安装目录（altera
\quartus\sopc_builder\components）或工程目录中，便
可在用户模块下直接调用；
方法②将实体（.vhd或.v）文件复制到工程目录中采
用如下方法设置可产生User Logic项；
（a）用鼠标左键双击组件选择栏中Legacy Components
->“Interface to User Logic” ->“Add”，选择所需的实
体（.vhd或.v）文件；使用“Read port-list from
files”显示实体的端口信息，在Port Information栏中
对每个端口名后面的“Type”（类型）进行设置；
（b）在“Timing”页面中完成组件的时序设置；在“Publish”页面
中的“”Component Name”栏目中完成组件名称的命名；
（c）完成组件加入，“Add to Library”加入工程目
录中或 “Add to System”加入设计系统中。
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三、 NiosII系统中IP核的添加
2.直接调用实例(sopc_de2s1)
将用户自定义的程序包（user_ip文件夹中的
SEG7_LUT_8、SRAM_16Bit_512K、Binary_VGA_Controller）
复制到安装目录（altera
\quartus\sopc_builder\components），便可在用户模块
下直接调用。
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三、 NiosII系统中IP核的添加
2.直接调用实例(sopc_de2s2)
将用户自定义的程序包（user_ip文件夹中的ISP1362）
复制到工程目录中，便可在用户模块下直接调用。
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三、 NiosII系统中IP核的添加
3.产生User Logic项后调用实例(sopc_de2s3)
将用户自定义的实体（ user_ip文件夹中的ISP1362中的
ISP1362_IF.v）文件复制到工程目录中后，进行
Legacy Components
->“Interface to User Logic” ->“Add”设置加入，产生User Logic
项的模块，便可在User Logic项下直接调用。
建立时间
名称
保持时间
端口Type设置
等待时间
用户组
加入库
加入系统
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课堂小结
一、 NiosII系统的硬件设计流程
（Ｎios CPU ）
二、 NiosII系统的软件设计流程
（ Nios IDE ）
三、 NiosII系统中IP核的添加
（方法，怎样产生User Logic项）
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课外作业：
1.加入用户自定义NiosII系统的外部
实体的方法有哪些?
2.上机实验