1、SOPC技术,第5章 Nios II 系统的外围设备,NO.3.1,4. 使用IDE Flash Programmer编程,完成所有的软/硬件开发工作后，可以使用NiosIDE提供的Flash Programmer工具将程序下载到FPGA平台上的FLASH存储器中。Flash Programmer是Nios IDE 6.0提供的新工具，它可以将配置数据、Nios程序及其他数据文件下载到目标板上的FLASH存储器中，这里所说的FLASH存储器包括业界标准的CFI或CFI兼容的FLASH存储器，以及Altera公司的EPCS系列串行配置器件。,IDE Flash Programmer 通过2个过程
2、将数据写入flash:(1)用Altera提供的“Flash编程设计”对FPGA进行配置；(2) IDE Flash Programmer将文件内容 “Flash编程设计” Flash,Flash编程设计,每个Flash编程设计应包含的元件：,使用IDE Flash Programmer编程，首先要保证在SOPC Builder中，在Target选项区中的Board的下拉列表框中选择用户当前使用的目标板Flash 编程设计。 SmartSOPC_Board_1C6是现用核心板提供的目标板Flash编程设计，可以对核心板上的NOR Flash(元件标号U7)和EPCS (元件标号U10)进行编程
3、。,使用NiosIDE对FLASH存储器编程的步骤：启动Nios II IDE。 建立软件工程，然后编译连接（Build Project） 选中要进行编程的工程，然后选ToolsFlash Programmer菜单启动Flash Programmer对话框，如图5.5.2。 单击Flash Programmer对话框左下角的New命令按钮，建立一个新编程任务，可以修改这个新任务的名称。,若选中program software project into flash memory project,可将工程的.elf文件写入Flash(EPCS)。若选中program FPGA configurat
4、ion data into hardware-image region of flash memory,可将FPGA的配置文件写入Flash(EPCS)。若选中Program file into a flash memory选项，可将二进制文件写入Flash。需要选择要编程的二进制文件及要编程的存储器（U7为Flash,U10为EPCS）。,(5) 在Main页面中可以选择所要编程的内容，包括工程名称、FPGA配置文件的名称以及目标存储器。,图5.5.2 Flash Programmer对话框,(4) 在Target Connection页面中选择与目标板相连的下载电缆，如图5.5.3。,(5
5、) 设置好这些内容之后，单击Apply按钮，然后单击Program Flash按钮，NiosIDE重新编译工程并对FLASH存储器进行编程。（若在SOPC Builder中没有指定目标板，则Program Flash按钮将是灰色不能使用。） 从IDE的Console窗口可以看见编程过程。（见图5.5.4） 完成Flash编程后，需让系统重新上电，使FPGA使用EPCS中配置数据重新配置FPGA, 程序才能正常运行。,图5.5.3 Flash Programmer 中目标连接设置,在console窗口显示编程过程及编程结束标志,图5.5.4,通信接口,目前存在的所有计算机通信接口在嵌入式领域中都
6、有其广泛的应用，应用最为广泛的接口设备包括 RS-232接口（串口UART） USB接口（通用串行总线接口） IrDA（Infra Red Data Association红外线接口） SPI（串行外围设备接口）、 I2C、CAN总线接口、 蓝牙接口（Bluetooth） Ethernet（以太网接口）、 IEEE1394接口和通用可编程接口GPIO。,5.5 UART内核,UART（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter通用异步接收器/发生器）内核带有Avalon接口，为嵌入式系统和外部设备提供了串行字符流动通信方式，其数据以RS-232协议的
7、形式与外界进行交互。提供可调整的波特率；可配置奇偶校验位、停止位和数据位等。,UART内核的结构框图,UART内核寄存器映射,UART内核配置选项,1、波特率设置2、数据位、停止位、奇偶校验位3、流控制4、Avalon流控制传输,软件编程,Altera提供的驱动程序执行HAL字符模式设备驱动程序。HAL用户应通过熟悉的HAL API函数和ANSI C标准库函数访问UART，而不是访问UART寄存器。,altera_avalon_uart_regs.h 寄存器级访问头文件altera_avalon_uart.h, altera_avalon_uart.c HAL系统库的UART内核设备驱动程序,
8、实验4.10：ANSI C标准库来访问UART；如果检测到字符t，则报告检测到字符t；如果检测到字符v，则退出程序。,#include#include#include system.hint main () char* msg = Detected the character t.n; FILE* fp; char prompt = 0; printf(Please Enter some characters: n); fp = fopen (UART_NAME, r+); /打开文件进行读和写,if (fp) while (prompt != v) / 循环直至接收到 v prompt =
9、getc(fp); / 从UART中获取字符 if (prompt = t) / 如果字符为 t 打印信息 fwrite (msg, strlen (msg), 1, fp); if (ferror(fp) / 检查错误是否在UART连接上出现 clearerr(fp); / 如果是，清除它 fprintf(fp, Closing the UART file handle.n); fclose (fp); else printf(Fail to open file.n); return 0; ,System.h 描述的UART设备,#define UART_NAME /dev/uart#def
10、ine UART_TYPE altera_avalon_uart#define UART_BASE 0x00B00840#define UART_IRQ 1#define UART_BAUD 115200#define UART_DATA_BITS 8#define UART_FIXED_BAUD 0#define UART_PARITY N#define UART_STOP_BITS 1#define UART_USE_CTS_RTS 0#define UART_USE_EOP_REGISTER 0#define UART_SIM_TRUE_BAUD 0#define UART_SIM_CH
11、AR_STREAM #define UART_FREQ 48000000,具有Avalon接口的JTAG UART核是实现在PC机和FPGA上的SOPC Builder系统间进行串行通信的一种实现方式JTAG UART用来替代RS-232完成与PC主机的字符输入/输出, NiosII 处理器通过读/写控制和数据寄存器与JTAG UART核通信,5.6 JTAG-UART内核,对于NiosII 处理器, HAL系统库中包含该设备的驱动程序,允许使用ANSI C标准库stdio.h访问JTAG UART核对PC机, Altera提供JTAG终端软件来管理PC机与目标系统的连接,对JTAG数据流解码
12、和在屏幕上显示字符,5.7 JTAG-UART内核,JTAG UART核方框图,缺省的深度值（64）IRQ门限值（8）是最优的，不用改变,JTAG UART核配置,软件编程,HAL用户应通过HAL API 和ANSI C 标准库访问JTAG-UART,而不是访问JTAG-UART寄存器。对JTAG UART核的操作与下列文件有关。 altera_avalon_jtag_uart_regs.h altera_avalon_jtag_uart.h altera_avalon_jtag_uart.c,#include #include #include system.hint main() char
13、 *msg=“Detected the character t.n”;FILE *fp;char prompt=0;printf(Please Enter some characters: n);fp=fopen(“/dev/jtag_uart”,”r+”); /为读写操作打开文件If(fp) while(prompt!=v) /循环直到接收一个”v” prompt=getc(fp); /从JTAG UART中读取一个字符 if(prompt=t) /若字符是“t”,则输出信息 fwrite(msg,strlen(msg),1,fp); ,例：使用标准库通过JTAG UART核读和发送一个消息
14、,if(ferror(fp) /检查是否有错误产生clearerr(fp); /若有则清除fprintf(fp,”Closing the JTAG UART file handle.n”);fclose(fp); else printf(Fail to open file.n); return 0;,5.7 定时器内核,定时器可作为系统的周期性时钟源（Tick）;可以作为计数器测定事件发生的时间；作“看门狗”（Watchdog）。定时器内核特性： 可控制定时器的启动、停止或复位 两种计数模式：单次减一和连续减一计数模式 计数器达到0时产生中断请求（IRQ） 可作为看门狗定时器 可选择输出周期性
15、脉冲 可由软件使能或屏蔽定时器中断,定时器内核结构框图,定时器寄存器,1. 状态寄存器（status）,2. 控制寄存器（control）,3. periodl & periodh 寄存器,periodl 和 periodh 寄存器一起存储超时周期的计数值。当对此寄存器进行写操作或内部计数器减到0时，保存在periodl &和periodh 中的值会装载到内部计数器中。,4. snapl & snaph 寄存器,可通过对snapl & snaph 寄存器的写操作来获取32位内部计数器的当前值。,5. 中断操作,只要内部计数器减到0且控制寄存器的ITO位设为1，定时器内核就会产生IRQ.用户可用
16、以下任一方式应答IRQ: 清除状态寄存器的TO位，等待下一个超时事件的发生； 通过将控制寄存器的ITO位清零来禁止中断。,定时器内核(interval timer)配置选项,Timeout Period: 设置periodl 和 periodh 寄存器的初始值，此值可根据系统输入时钟频率和initial period中的设置计算获得。,定时器内核配置选项,Preset Configurations: 提供的预定义硬件配置：Simple periodic interrupt Full-featured Watchdog,Writeable period:主控制器可通过写periodl 和 per
17、iodh改变向下计数周期 Readable snapshot:主控制器可读当前向下计数的值Start/stop control bits：主控制器可通过写控制寄存器的START和STOP位来启动后停止定时器。Timeout pulse：当定时器计数到0时将输出持续一个周期的高电平。System reset on timeout：配置定时器用于看门狗。,当使能以下各项时：,定时器提供了硬件的寄存器级访问和HAL层的API函数： altera_avalon_time_regs.h: 定义内核的寄存器映射并提供硬件设备访问宏定义； altera_avalon_timer.h、altera_avalo
18、n_timer_sc.c、 altera_avalon_timer_ts.c、 altera_avalon_timer_vars.c 实现了HAL系统库的定时器设备驱动程序（在components/altera_avalon_timer中）,软件设计,软件设计,HAL API提供如下两种定时器设备的驱动程序： 系统时钟定时器-该驱动程序支持报警（alarms）。 时间戳定时器 -该驱动程序支持高精度的时间测量。HAL特定的访问定时器设备的API函数在components/altera_hal/HAL/inc/sys/alt_alarm.h和sys/alt_timestamp.h中定义。,【实验
19、4.5】利用系统时钟服务产生1s的周期性事件，并借此控制LED闪烁,#include #include system.h /包含基本的硬件描述信息#include altera_avalon_pio_regs.h /包含基本的IO寄存器信息#include alt_types.h /Altera定义的数据类型#include sys/alt_alarm.h /系统时钟服务头文件,#ifndef LED_PIO_BASE /这是LED_PIO核的基地址#define LED_PIO_BASE 0xffffffff /users definition here#endif#if LED_PIO_B
20、ASE = 0xffffffff#error No definition of LED_PIO core.n#endif#define LEDCON 0xff static alt_alarm alarm; /按调用API函数规定定义的变量static unsigned char led = 0xff;,功能：按调用规定系统时钟回调函数，在该函数中实现用户功能,入口参数：context，系统传给回调函数的参数 出口参数：返回下一次的系统时钟服务的周期值,alt_u32 my_alarm_callback (void* context) if(led = 0xff) led = 0x00; el
21、se led = 0xff; IOWR_ALTERA_AVALON_PIO_DATA(LED_PIO_BASE,led); /操作IO口 return alt_ticks_per_second();,功能：初始化LED_PIO为输出，其余输入，屏蔽中断，清边沿捕获寄存器,void InitPIO(void) /* LED_PIO为输出，其余输入 */ IOWR_ALTERA_AVALON_PIO_DIRECTION(LED_PIO_BASE, LEDCON); /* 禁止所有PIO中断 */ IOWR_ALTERA_AVALON_PIO_IRQ_MASK(LED_PIO_BASE, 0x00)
22、; /* 清清边沿捕获寄存器 */ IOWR_ALTERA_AVALON_PIO_EDGE_CAP(LED_PIO_BASE, 0x00);,int main() InitPIO(); IOWR_ALTERA_AVALON_PIO_DATA(LED_PIO_BASE,0xff); /灭LED printf(test alarm.n); /打印提示信息 printf(alt_ticks_per_second() is %ld, alt_ticks_per_second(); if (alt_alarm_start ( ,5.8 System ID 内核,SOPC Builder 生成NiosII 系统时，将为每个Nios II系统生成一个标识符，供编译器和用户辨别所运行的程序是否与目标系统匹配。当程序运行在与之不匹配的系统上时会产生不可预测的结果。系统ID内核寄存器包括ID寄存器（SOPC Builder系统ID）和timestamp寄存器（SOPC Builder 生成时间）在下载程序运行或调试之前，Nios II IDE 会检查硬件中的系统ID内核是否匹配所期望的软件系统ID，如不匹配，则终止下载。,
