NiosII软件设计与运行流程

1、NiosII软件设计与运行流程本实验是于实验1相连的，本实验主要完成在NiosII硬件系统完成及下载于 FPGA中的基础上，进行软件开发、下载和调试，具体流程如下：1、向FPGA下载配置文件。以下的实验将更多地与 SOPC实验系统联系。本次实验 是使用清华大学电工电子实验中心的 GW48-SOPC实验系统（康芯公司），下载前连接好下 载通信线，打开电源，打开光盘上关于此实验系统的PDF/PPT默认设置说明，确认实验系统所有开关和跳线处于默认设置位置。用10芯通信线将实验系统左侧的“ Byterblaster II”接口与适配板上的JTAG Port 口相连；将实验系统左侧的跳线短路帽接插“By

2、Bt II ”端，编程电压选择跳线短路帽插3.3V（此电压接错不会损坏系统）。按动实验系统左下角的电路模式控制键，选择模式5 （在上方的数码管会显示5字），这时实验系统将进入附录中附图1的电路连接模式（有 12中不同的可选硬件电路模式）。注意模式5的8个键控特点：每按键一次，输出电平反相一次，电平高低由此键上方的发光管显示；还注意到此时FPGA输出的32个I/O 口接了 8个数码管，每4个I/O 口接一个数码管， 且在每一数码管外接了一个16进制至7段译码的译码器，这样可以大大节省I/O 口的耗用。FPGA的主要端口是用标准信号名PIOx标注的，具体引脚号在引脚锁定时查阅附录的附表1;例如附图

3、1中连接FPGA的键8端口标准信号名是“ PIO7”，查附表1,横项 GW48-SOPC 对应 Pin240。现在可以开始下载配置文件，以便在 FPGA中建立NiosII硬件环境。打开 QuartusII , 再打开实验一的工程，选择菜单Tools Programmer,弹出图2-1所示窗口，首先选择接口模式，对于Mode栏确认选择JTAG模式；如果是首次安装并使用该软件，要作下载接口模 式选择：点击图 2-1左侧的Hardware Setup按纽，将弹出图 2-2所示窗口。如果实验系统的连接是正确的，在图2-2的窗中的 Hardware栏应该看到测试到的“ByteBlasterII ”接口名

4、，双击该名再退出该窗，就能在图2-1窗的Hardware Setup按纽右侧看到 ByteBlasterIILPT1字样。最后如图 2-3,加入配置文件 niosII_lab.sof,点击 Start按 钮，下载该文件。由图1-33可见，该NiosII系统是低电平复位，高电平正常工作，所以在下载了SOF文件后，要将实验系统的键 8置于高电平（NiosII系统的复位信号锁定于键 8 Pin240,模式 5）。2、 进入集成开发环境 IDE。再次进入图1-23所示的SOPC Builder窗， 进入System Generaiom 页，点击 Run NiosII IDE 按纽（图 2-4）,或选择

5、菜单 Tools Nios II IDE ,进 入IDE环境。File Module Syslem View Tools HelpSysteni Contents | H More cpiT Swings System Generation OptiCrIS Run Nos I IDEHDL. Generate mocUe logic In VHDL|7 SlmulBilcin. Create -similsrtoif prefect Iles.WUler* SOK Bulftir - m作此选择后将弹出图 2-5所示的窗口，其中有一个软件过程路径选择窗workspace,在此选择如图所示的路

6、径，他是本示例中已预先建立的一个空文件夹；如果此前已经有了自己的软件实例工程库文件夹，现在还想使用，则必须浏览到对于路径，并进入该文件夹。点击OK后将出现图2-6所示的窗口（以后进入同一工程库将不会出现该窗）。再点击此窗右上角的 workbench按钮，即进入IDE环境。3、 建立C软件开发工程。 进入的IDE环境窗口的左栏是各工程的工程名和相关的应 用文件名，中间是选中的某一文件的内容，及其编辑环境；右栏是对应文件中关键项目名称。为了新建一个开发软件的工程项目，选择菜单File的New->Project.（图2-7）,在弹出的如图2-8所示的窗口中选择 C/C+ Application

7、 ，并按Next按钮，在于继而弹出的窗口 （图 2-9）中选择现成的实例" Hello_Led”作为实验程序，并在工程名栏键入当前软件实例工程 名：“led_8bit"并确认在.Select Target Hardware 栏中的 ptf 文件来自当前 SOPC Builder System的硬件设计文件和处理器名：Nios2_systm.ptf ,和CPU名："CPU"。Select a ww-kspaceKi. ox. U IDE Etatr as. youff- pr oj eels. in. a direct ary caII ad a th*

8、w-otkz.p-ACA ditrto a专油 fw Ibis. s.6E.£ioa.野山土F而面57而不而屈五曲j而而嬴三I：4_ Ust this as. tht dafA.ult mJ do nx>l uk 峪CwictlINTEGRATED DEVELOPMEENVIRONMENT*图2-5选择软件工程库 eg -ia»J图2-6 选择进入IDE软件设计/调试平台.T/Ct+ - Bi vt II IDIFelderPto j tel,.File Ed.Lt tfdLVLg«ta clt Rim Troj sei. Taals WstliIciv K

9、alpFilfW gFil。Q C/C'HCtrl4HJFr»j *ct图2-7建立一个软件实例工程Select a 1匣otdTh? HiII IBB Rfill create uid 初皿3仃言 the indkefile I。bualdl diiy project.Tha Haos II IDE vill also crA&.ta ojlJ n-uiag& ati 匕土必亡1七电日 EystnViz ords：国Ut*r> 叼“ II闺CVS田王理1图2-8 选择C/C+应用图2-9在示例库中选择一个 C程序实例点击Finish后即进入如图2-10

10、所示的IDE环境，在左栏已能看见新建的工程：led_8bit , 双击下方的程序名 hello_led.c,在中栏即能看见此源程序代码(图 2-10)。将代码中原语句 while (i<200000)改为 while (i<400000)。4、编译运行C程序。在左边的“ C/C+ Projects ”页一栏中，右键点击需要运行的工 程名：“led_8bit”，将出现图2-11所示下拉选择框；选才i Run As后出现另一下拉栏，此栏有3个选择项：第一个选项功能是编译并向FPGA中的NiosII CPU下载和全速运行该工程中程序；第二个选项功能是编译并在虚拟的NiosII中运行程序；

11、第三个选项功能是使用第2-12方工具运行；在此选择第一项功能：Run As-> Nios II Hardware .。选中后将可能出现图所示的窗口，选择 OK,表示对新改的程序存盘。图 2-10 进入 NiosII IDE 窗口iJIs tOEIEff1；m 的 heU _ wl- ，目 raadl+l led_Pbi由IIEJ£1L s 0；rhilr | E 口口口皿 i+;De bui At出ul" Proj tel图2-11 编译、下载并在 NiosII CPU中全速运行该示例2-12 存盘已修改的C源程序4、观察运行结果。 在如果一切无误，最后在下方的con

12、sole信息窗将出现如图2-13所示信息，表示已将程序下载到NiosII系统，并已运行。注意，如果有问题可以再下载一次。一般出现的问题有多种：如没有将当前硬件工程中的SOF文件配制进FPGA ;没有为复位信号设置正确电平；没有设定正确的系统时钟输入频率；没有设置好正确的下载接口模式；没有对实验系统选择正确的电路模式(模式5),等等。程序运行后可以在实验系统上的上排8个发光管上发现它们在从左至右，从右至左跳动发亮，跳动的速度由语句while (i<400000)中的数值决定。hello_led.c,也能进行单步/跟踪等方“led_8bit"，右键点击后出现如图- OE 第ffl

13、oled = led « 1;一图I囹 l二 liO-djBbl I0 ”的旧II白忌 prejecl_ 由一。货mr S 曰 Inclclow*QUPGqOpen in Jew WLndowjtTheKirn A±tQALTERA_AVALaN_PIO_DATA(LED PIO BASE, led),delay element in this design hets been wr:$VQidl confuting the 皆。工工war曰 debuggei* + ABuild PrajtclHi XI Instruction Set Sintila-t0rok II M

14、W ccnfib.11on Ki 工 II Kardjvu*o- ETl ox 工工 Tiarmiti&IpttDiiial: coiinecc-edl to hardware target using JIr t ri *r ii ii tf图2-13 C程序下载成功，启动运行5、 单步/跟踪调试运行。对于当前工程中的程序 式的调试运行。在左边的“ C/C+ Projects ”页一栏中，选中工程名:2-14所示下拉选择栏，选择"Debug As”项中的Nios II Hardware项，对跳出的图 2-15所示 的信息窗选择Yes图2-14选择单步/跟踪调试模式运C程序图

15、2-15选择单步/跟踪调试模式运C程序Cl" Vtx3 hU.i1Eratkp巾nJiti Ixjr-isia tr.书工,皿 图A 海>就:|?一 口EJWi.-T II HV r-9Q.fi pirht l-id. Hi oe II FLirdvh*日第指m II Elf D6耳阳/% 10 09 AN> 的如就*dJ-工hmd 0在S W UtjHiH力0 4t 。小】9_】3丁 IX=L _it*rtO kt LiiJAir*%4Ap曲HhMttlliiruiQ血<l«T»iai.Lndi k i. L valui- 口)Hs di II

16、 Darnlchd autpul 图6/OS 10 C9 A.M1 Him II T«md lindw 由西向B L。；啊陋J.工好窜at pill世幡睽L加的AHIID»tvf«r Fem 曲/白/DE I 'Q3 UI),1 Jd* The vbile looji be la v 。忙白dui4色m cbe 舌的e lebavlotf 整 巴M也 fer IwtjJ* 期Qve, :but *ithou。c-auslng oceQti&l deb-ugaez prohl&ns. 71 * a?wlkiJLv (1<4QOOOO1+

17、5图2-16单步/跟踪调试窗最后在将程序下载于实验开发板后弹出如图2-16所示的界面。在该界面的下方是可单步调试和断点设置的程序窗，按动F5键就能单步运行，右上方的窗将显示每一单步运行后, 程序中个变量的变化情况；左上窗可以看到语句步骤数。2-17),选如果需要回到IDE主窗口，可以点击左上方的小按纽，对弹出的下拉框（图 择C/C+即可。-1bmi隼_ii.4+B. II EDEFILa E-di L 珍士事” & RijlTi >tr£ij«el TaoIe Jf.ind.ev Kt IpW=V«-i*blt= IC/C+C/C+耻”II KV c

18、CLE3£nrkli«n tfi qs II Htrdwwel I Mbg整*通出/值|0：Q9 JUM)尊口耳蛔“4, 0 tuspendad)QihAtr . _kt<r t 0 At d: aI tar AeoiipoDb6iit£ bitos2HKL5f e«rtD. S 3E b'J 'CtfeTFLiLklfd, EJCLl vd.n«： 0> 0<14!£ II Dwnlokd output te/S/05 ID.09 API) jbi' | Mi-95 口 Termmal Hi

19、ndi" 0/6/06 l0：0 曲 j> id &s2-gdb- EAtrvatf outp-ut10:09 AM)J Del'iLEE«r Prctss (B/6/05 10.09 AH)图2-17返回IDE主控窗如果希望将已调试好的 C程序COPY到别的文件夹中，可以如图 件名，右键选择 Copy。2-18所示，点击该文匚升 Pry eels X* _J Inclqd电£ 用Delufi：1 Kavigfttdrhello_led.: f q.dne回 H 1曜也用>江营i = D;while (K400aoa) i+;retur

20、n OJ图2-18将已调t好的C程序COPY到其他文件夹存盘6、运行另一个示例程序。与以上流程相同，首先建立一个工程，如图2-19所示，键入工程名为：hello_world_1 ,选择 Select Project Template 栏的示例程序：hello_world。点击 Next 和 Finish。图2-19为测试运行另一个示例程序建立一个新工程图2-20是该新工程稍作修改后的源程序hello_world.c的代码， 存盘。：选才R Run As->JTAGNios II Hardware ,全速运行。完成后我们可以看到，语句执行后打印出的结果通过 UART 口送上了计算机，显示在

21、信息窗内（图 2-21）。I 1 1-2 总一I «- r申 Q Bintrics电"UJ lobdndt 1由Eh归ugiti 白ap$il3C4UiTn. vtf_itxtE 4 Mllj*睢Ld_=yraE dl电由。Bi融由IPrrlldT田&Dctnc1fil E| htllo jtd. c4iE>Lic«.tLoaL £tf电.tMlht L.d.efhiOyilife Ki.6i2_S1f£TNJj© 卜*11号 14- 的 h*l<l*JTQld q白* Foe 曰 reduced fDOcpzln

22、t veraloa 口f this 匕曰力91 3re,&ti, to reduce the Tnewory ToonprlBT： lor 且 given sppllcac-lonr aec，"smeJ. l_lwsL lQ_wor 1templets rT7# includ.«!式色匕白工小ah>int gain。I Eprint! HellQ tree* II ;pr 4nE PtH B-SOPC 5OARB , 口灯; retiarn CljI JdlI上J一图2-20修改hello_world.c源程序Fru&lm，j 曰的5口1青 , Fra

23、ptrli esBhello_inxrldLl Flos H KV跖II Kar dv ar el Huw 口 Terfinal Viadw C8/B/O5 T 33 AH)siloa3-cermlnals connectedl do hardv&re Dargec using JT2G DART on gstole uloa2-cenulneil: ByceBleacerETY LPT1 device 1F mscaifLce 0nios3 - terminal i UaEnlnu： The JTAG catale you aze using is noc supported foe

24、 Hios nlosa-icentalnal! II B?aceins. You Jnap experience luceirittlcteific JTAG CDHtaUJilcatlon siloa2-terminal! failures glih tHls ceJble. Please use a U3B Blaster revision B viioaZ-terminal: cable or another supiiDri: ed. catole. Please refer to the file rLioaS-tieiniinal: erraca-tKC lucludeil in

25、the Nios II developinenE, Kit documencs XLioaa-t-ersBinal: directory for Mre LnfoiDiarlon.niosZ-ierhiinal: |Uae ihe IDE stop bu'ctoB or CtEl-C to rernjinace|iHello frsiu Nlos II! GWQ-SOPC BOAP£ !JTAG_UART 口输出执行结果图2-21 hello_world.c程序下载运行成功，并通过7、运行用户程序。在如果用户自己编辑了一个程序该如何加入工程中进行调试呢？步骤如下：与以上步骤基

26、本相同，首先是为自己的程序建立一个工程（图2-22）,同样选择C/C+应用（图2-23）;- hitlIrjqFl*.F - :Bi，U UIEtile Edit 邸甲i,豺七色 Sborch Run Kirdjact T«oJLs. Vindov HaLpinliidft -fst.dliri./h>图2-22为调试一个用户程序建立一个空白工程.Ee Tr«ji>ectSelect a MrizardTh 白 案今工 II IDE / ill cr Ait a ai.<i 孙*静 Uu n&ktEil a to bidlLd. this pirc

27、ijtct.The 3i«£ Il n>E «iH «1=4 cr«A.t& 皿d n©蟠由 &n. ass.ocLA.ttd 卬s:Q电小标 Me CM if，E . ikiAra ni4-E n申-eCVSE b -t Sinplfi图2-23 同样选择C/C+应用在弹出的图2-24窗中的Select Project Template栏选择Blank Project,建立一个空白工程， 即未含源程序代码的工程，键入工程名，如 Project_LED ,点击Next和Finish按纽后回到 IDE 窗口。在 I

28、DE 窗，点击左侧的 “ C/C+ Projects” 页旁的 “ Navigator” 页（图 2-26）;然后打开 Windows的资源管理器，找到自己C程序放置的文件夹（如 hello_SEG7.c ,如图2-26所示），打开，再缩小资源管理器的界面，用鼠标点住文件名（如 hello_SEG7.c）, 拖向左侧IDE窗口的Project_LED过程名中。再点击“ C/C+ Projects”页，返回软件工程窗（图2-27）。完成后即能在此工程名下看到被拖入的C程序。选择Run As-> Nios II Hardware ,全速运行之（图 2-27）。注意不要忘了，在这之前下 载当前

29、工程的SOF配置文件进入FPGA中，选择实验系统模式 5,设置复位信号允许工作。2dhdI« 1.WL IfXtM! libo- KTFJI rFxt* lLbru_F ari 工 nt dfidr i vari. tXiit prdniri dix iccait tn Lhiiu-fat biu-J> u- f* 5* 电 口h i7Tt4* lilwtfy :Md>rc-j»ct_LEl_a?xlilThu xw irxt* libr u-f prajAct vill 匕函 locjit-id ralikt：3V4 ts Lhi tpls cj.ti to.

30、 praj«rt.L SalHl W 曰*庵L* « 19Irt*wHL*bl* Em LiWw7 h-*jKiE f«-岁STM口宫h.HiErldJ.TFJ/ (ITtoi2_STETl口空L&JtnLwil滤lfafli2_STET«Ei nLihC Ui = 0图2-24 选择空白工程，并取名为： project_LED设置图2-25 选择默认EbE MILlMlL用 空 Mil 口上"14_1_5?直" MiQ=2FST«E 苣 l»d_Bbrt田。1 ed_i3fba t_Eyslili li. ot2TST«J用 昌；His II BevaCe DriversEJ Ie? proj fcct.UD二JgJX:域：(=一的-Hl.cdtbulld,edt>r«jeel.prcjset appli c«tiioii, r*富办电txE臼 lc_>