SOPC-IIINIOSII实验指导书正文(第三版).pdfVIP

SOPC-NIOSII EDA/SOPC System Platform NIOSII 实验指导书 实验一 Hello Nios II 一 实验目的 1．熟悉用 Quartus II 开发 SOPC 的基本流程。 2．熟悉用 SOPC Builder 进行 Nios II CPU 开发的基本流程。 3．熟悉用 Nios II IDE 进行 C 语言编译、下载的基本过程。 4．掌握整个 Nios II 集成开发环境。 二 硬件需求 1．SOPC-NIOSII EDA/SOPC 开发平台一套。 2．并口/USB 下载电缆一条。 三 实验原理 设计本实验的目的主要是为了让学生对 SOPC 有一个感性的认识，了解整个开 发过程，并熟练掌握整个 Nios II 集成开发环境的应用。 SOPC 是 system on a programmable chip 的缩写，顾名思义就是把一个系统集 成在单片可编程芯片中。一个最小系统应该包括中央处理单元 （CPU）、随机存储器 （RAM）和 Flash ROM （存储代码、数据等），稍微复杂点的系统至少应该包括 UART、 DMA、Timer、中断管理模块以及GPIO 等。 早在 2002 年的时候，Altera 公司就基于 SOC 的设计思想，推出了其第一款 32 位 RISC CPU 软核——Nios，那时的 Nios CPU 功能简单，执行效率低下且不支持在 线调试，所以并未得到很大的推广。在 Nios CPU 基础上，Altera 公司又于 2005 年 推出了其第二代 32 位 RISC CPU——Nios II。与 Nios CPU 相比，Nios II CPU 在性 能方面得到了质的提升，指令执行速度快，执行效率高，且支持 JTAG 在线调试。 Nios II CPU 的开发流程与 Nios CPU 基本一致，唯一不同的就是 Nios CPU 的 软件开发是在 Nios SDK Shell 下进行，而 Nios II CPU 则是在 Nios II IDE 集成环 境下开发。其基本开发流程依旧为： (1) 在 Quartus II 中新建一个工程 （硬件）。 (2) 在 SOPC Builder 中根据自己的需要加入各种 IP 核。 (3) 利用 SOPC Builder 产生 Quartus II 能够识别的文件。 1 SOPC-NIOSII EDA/SOPC System Platform NIOSII 实验指导书 (4) 在 (1)中新建的工程中加入(3)中生成的文件。 (5) 加入输入、输出以及双向端口，并根据需要对其命名。 (6) 对 (5)中命名的输入、输出核双向端口根据选定的 FPGA 进行引脚分 配。 (7) 编译工程。 (8) 下载编辑代码到 FPGA。 (9) 利用 Nios II IDE 新建另一个工程 （软件）。 (10) 根据 (2)中的资源，编写项目需要的代码。 (11) 编译、下载并调试，查看运行结果，直到正确。 (12) 如果需要，将 (11)中生成的代码下载到代码Flash 中。 说简单一点，实际上 SOPC 的开发流程是一个软硬件协同开发的过程，首先根据 硬件需要，决定使用何种性能的 CPU，加入系统需要的外设 （SRAM、Flash、Timer、 UART、Timer 和 GPIO 等），此时一个基本的硬件系统便搭建起来了。利用专用工具， 对这些象积木一样搭起来的系统进行编译，产生 FPGA 软件可以识别的文件，然后再 用 FPGA 专用软件对这些文件进行编译，产生满足加载 FPGA 的代码，这样一个硬件 平台就全部完成了。接下来工作就是软件开发，在软件集成开发环境中编写代码， 编译后，下载到 CPU 中进行调试