Nios II 实现流水灯实验

前言

实验目标：
学习 Quartus 、Platform Designer、Nios-II SBT 的基本操作；初步了解 SOPC 的开发流程，基本掌握 Nios-II 软核的定制方法；掌握 Nios-II 软件的开发流程，软件的基本调试方法。

主要内容：
在DE2-115开发板上用Nios软件编程方式完成LED流水灯显示

用Nios软件编程通过DE2-115开发板串口输出“Hello Nios-II”字符到笔记本电脑串口助手

实验原理:
控制 LED 灯闪烁的用户程序代码很小，可将其固化在片内 ROM 来执行。变量、堆栈等空间使用片内 RAM，不使用任何片外存储器。整个系统的框图如下图所示。
从图 1.1 控制 LED 闪烁的系统框图可知，其它逻辑与 Nios II 系统一样可存在于 FPGA中。Nios II 系统可与其它片内逻辑相互作用，取决于整个系统的需要。为了简单起见，本实验在 FPGA 内不包括其它逻辑。

一.硬件设计

1.新建Quartus项目

这里我选择的芯片类型为EP4CE115F29C7，你也可以根据自己需要，选择其他芯片

2. 设计Nios ii

• 设计时钟
  点击Tools 进入Platform Designer
  
  鼠标放在 clk_0 处点击右键 Edit 或是双击 clk_0 元件，对 Clock 进行时钟设置，设为 50M

• 添加部件
  添加 CPU 和外围器件。从 PD 的元件池中选择以下元件加入到当前设计的系统中：Nios II 32-bit CPU、jtag uart、片上存储器、PIO、system ID。

① 添加 Nios II 32-bit CPU
a. 在“component library”标签栏中找到“Nios II Processor”后点击 Add（在查找窗口输出 nios 即可）

② 添加 jtag uart 接口。jtag uart 接口是 Nios II 嵌入式处理器新添加的接口元件，通过内嵌在 Intel FPGA 内部的 JTAG 电路，可以实现在 PC 主机与 Qsys 系统之间进行串行字符流通信。

③添加 PIO 接口

⑤ 添加片 System ID Peripheral 核
a. 从下图左侧”Component Library”标签栏中的查找窗口输入 sys 找到” System ID Peripheral”后点击 Add。
b. 保持默认选项，单击 Finish。如下图所示：

依照下图进行连线

分配基址

双击CPU进入以下界面更改重置容器

生成 Qsys 系统：点选”Generation HDL”标签栏中 Generate 按钮生成 Qsys 系统。

硬件设计完成

进行逻辑连接和生成管脚
（1）逻辑连接。开发板晶振为 50M，与系统默认一致，因此，这里我们不需要修改。
（2）点击鼠标右键选取 Generate Pin for Symbol Ports 生成管脚。如下图所示

将管脚”inclk0”改名为 clock，管脚”reset_reset_n”改名为 reset_n，管脚 out_led_export[7…0]改为 out_led[7…0]。如下图所示

二.软件设计

进入eclipse

新建项目

选择导入sopcinfo文件，Hello world 模板

将hello world 代码替换成以下代码

#include "system.h"
#include "altera_avalon_pio_regs.h"
#include "alt_types.h"
#include "stdio.h"
const alt_u8
led_data[8]={0x01,0x02,0x04,0x08,0x10,0x20,0x40,0x80};
int main (void)
{int count=0;alt_u8 led;volatile int i;while (1){ if (count==7){count=0;}else{count++;}led=led_data[count];IOWR_ALTERA_AVALON_PIO_DATA(PIO_LED_BASE, led);i = 0;printf("Hello Nios-II\n");while (i<500000)i++;}return 0;
}

右键项目文件夹，点击Build Project

编译完成后，连接好开发板，点击Run As Nios II Hardware，即可看到流水灯现象。

效果展示