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NIOSII 使用点滴(转)

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楼主
laslison|  楼主 | 2009-12-13 23:12 | 只看该作者 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式
在使用niosii有一些问题以及一些体会,摘录在此:
1、NIOSII IDE写C代码的时候一行末尾斜杠“\”代表一句代码中本行写不完,两行代码或多行代码是一句。

2、如何在NIOSII中操作PIO?
举个例子来说明,运行NIOSII IDE向导,在NIOSII下新建一个hello_led的工程。其中Hello_led.c是这样写IO口的:IOW_ALTERA_AVALON_PIO_DATA(LED_PIO_BASE,led);
首先在Altera_pio_regs.h找到定义:
#include <io.h>
#define IOWR_ALTERA_AVALON_PIO_DATA(base,0) IORD(base,0)
#define IOWR_ALTERA_AVALON_PIO_DATA(base,0,data) IOWR(base,0,data)
因此在NIOSII中可以调用#include <io.h>库函数 IOWR/IORD来操作PIO。
接着在system.h有以下内容:
#define LED_PIO_TYPE "altera_avalon_pio"
#define LED_PIO_BASE 0X00004000  //具体的LED的基地址
在sopcBuilder中有关NIOSII的配置就是通过system.h来传递给IDE的。
最后,用IOWR(0X00004000,0led);替代IOWR_ALTERA_AVALON_PIO_DATA(LED_PIO_BASE,LED)完成PIO操作。   

3、最后一步假如要将硬件配置数据也放到flash中,在进行NIOSII Flash Programming的时候,必须首先将硬件配置好。即先将sof文件下载到FPGA,再进行.sop——>.flash转换和下载。
看到站里一篇技术**,里面有讲到利用NIOSII来“在应用”配置FPGA,摘来收藏:
1 系统的硬件设计
  系统主要由Cyclone FPGA、EPCS、Flash和串行通信等组成,硬件结构如图1所示。
2.2 编程文件
  编程文件为Flash格式的文件,即S—reeorld(简称“SREC”)格式。SREC格式是Motorola公司制定的一种烧写格式标准。SREC格式文件是由一组ASCII码组成,所有的十六进制数据均为大写形式,结构说明如下:
  ①起始代码。以S作为一个数据行的开始。
  ②记录类型。1个十进制数字(O~9),定义数据域的类型。
  ③字节数。1个字节,定义字节数之后除地址字节、校验字节之外其他字节的个数。
  ④地址。由4(或6、8)个字节组成,定义了第一个数据字节存储的位置。
  ⑤数据字节。由n个字节组成,数据字节为实际有效的编程信息。
  ⑥校验字节。1个字节,作校验使用,所有十六进制字节相加后取8位,为0xFF。
3.1 硬件配置的更新
  如图3所示,FPGA的配置过程分为:复位、配置和初始化。
         (1)复位FPGA
  上电复位:在用户模式下,当nCONFIG引脚持续低电平40μs时,FPGA将进入复位状态。复位时,FP—GA采样MSEL引脚的电平值,以确定采用的配置方式;同时,nSTATUS和CONF_DONE引脚由FPGA置为低电平,所有I/0引脚为三态且FPGA内部配置寄存器被清空。
  FPGA复位的2种方法:
  ①外加RC复位电路或者复位芯片,自动产生上电复位脉冲。
  ②参考芯片手册。如果芯片提供了上电复位脉冲(一般是全局复位信号),则使用它作为复位信号;若没有提供,则查找芯片是否给出了寄存单元上电默认值(一般是O),利用该特性复位或者产生复位脉冲。
  (2)配置FPGA
  复位后,nCONFIG被外部上拉电阻拉高,进入配置阶段。此时,nSTATUS被FPGA释放并由外部上拉电阻拉为高电平后进入配置状态。Cyclone芯片通过将nCSO输出的信号置低来使能串行配置芯片,nCS0引脚连接配置芯片的片选段(nCS),用串行时钟(DCLK)和串行数据输出(ASDO)引脚来发送操作指令,及/或将地址信号读到串行配置芯片中。接着配置芯片将数据送到串行数据输出(DATA)引脚,DATA引脚连接Cyclone芯片的DATA0输入脚。配置数据在DCLK时钟的上升沿载入FPGA。当接收完所有的配置位后(CRC校验无误),Cyclone芯片悬空CONF_DONE引脚,该引脚由外部10 kΩ电阻拉高;同时,停止驱动DCLK信号。只有当CONF_DONE到达一定的逻辑高电平后,初始化才开始。
  (3)初始化阶段
  在Cyclone芯片中,初始时钟源是Cyclone芯片的lOMHz(典型的)内部晶振,或者是可供选择的CLKUSR引脚。内部晶振是默认的初始化时钟源。如果用了内部时钟,则Cyclone芯片为正确的初始化提供足够的时钟。使用内部时钟的好处在于,初始化时不需要从外部发送其他的时钟到CLKUSR引脚,而且可以把CLKUSR引脚当作I/O引脚。
沙发
laslison|  楼主 | 2009-12-13 23:14 | 只看该作者
  (4)用户模式
  初始化结束后,FPGA进入用户模式。在用户模式下,用户I/O引脚不再有弱上拉电阻,而是执行设计中分配的功能。Cyclone芯片可以通过将nCONFIG拉低而开始重新配置。nCONFIG低信号应该至少持续40μs。当nCONFIG被拉低时,Cyclone芯片被复位并进入复位阶段。Cyclone芯片也会把nSTATUS和CONF_DONE拉低,所有的I/O引脚处于三态。一旦nCONFIG回到逻辑高电平,Cyclone芯片将释放nSTATUS,重新开始配置。
  (5)配置时出现的错误
  如果在配置时出现错误,则Cyclone芯片将nSTA—TUS信号置低来表明一个数据帧错误,CONF_DONE信号为低。如果在Quartus软件的Device&Pin Options窗口的General项中,选中Auto—restart configuration aftererror选项,则Cyclone芯片通过激活nCSO来实现复位,在复位失效时间(40μs)后释放nSTATUS,并再次尝试配置。如果该选项未被选中,则外部系统必须监视nSTA—TUS信号以防出错,然后将nCONFIG信号拉低并持续至少40μs来重新配置。
  计算机与目标板上的Nios程序建立连接,通过通信接口将Flash文件传输给FPGA;Nios程序判断出传输文件的针对目标后,将编程数据存放在EPCS或Flash中。接收到的数据首先暂存入SDRAM,而不是直接对EPCS和Flash进行操作。这样做的好处是,一旦传输失败或中止,不会破坏原有EPCS和Flash中的数据。
  通过sof2Flash命令来生成Flash文件时,可以通过SOPC Builder打开NioslI command shell,使用“sof2 Flash—epcs-input=<输入文件名.sof>一output=<输出文件名.Flash>”命令,生成的Flash文件存在于工程目录下。也可以将sof文件复制到“〈quartus安装目录〉\kits\nios2_60\examples”下,直接打开NiosII command shell,使用“sof2Flash-epcs—input=<输入文件名.sof>一output=<输出文件名.Flash>”,生成的Flash文件存在于“〈quartus安装目录〉\kits\nios2_60\examples”下。





3.2 软件程序的更新   如前所述,软件程序既可以存放在Flash中,也可以存放在EPCS中。生成软件Flash文件的最简单的方式是,在NiosII IDE环境下对系统进行编译,生成的Flash文件存在于“<目标工程>\software\debug\<软件工程>\Debug\obj\”目录下。
  Nios程序可以存放在Flash中,在SDRAM或On—chip RAM(以下统称“RAM”)中运行。这种情况需要有一个专门的Bootloader,该文件存在于“ quartus安装目录>\kits\nios2_60\components\altera_nios2”目录下,名称为“boot_loader_cfi.srec”。它把存放在Flash中的各个程序段搬到程序执行时各个段真正的位置。
  如图4所示,Bootloader代码位于Flash的低地址处,NiosII就被逻辑中的复位电路复位,从reset地址处开始执行代码。如果reset地址设置在Flash中,那么复位后首先运行Flash前面的Bootloader代码,由Bootloader代码将后面的用户程序引导到指定位置。执行elf2Flash应用程序在elf文件前会插入一个引导复制(Boot—copier)程序,前提是,elf将被链接到RAM中运行。
  Bootloader的工作流程如图5所示。
  NiosII C程序在运行之前需要做一些初始化工作。如果程序直接从Flash中运行,则Crt0.S是最先执行的代码;如果程序不是直接从Flash中运行,则Crt0.S是执行完Bootloader后最开始执行的代码。
  运行完Bootloader后仍然要执行CrtO.s,但此时Crt0.s的流程和程序在Flash中直接运行的情况有一些区别:它没有初始化指令Cache,也不会企图去装载别的段,这些步骤已经在Boot—loader中完成。程序映像已经包含这些段,在搬移程序映像的同时也装载了相应的段(.rodata段,.rwdata段和.exceptions段)。程序映像中不包含.bss段和栈,所以仍然需要清.bss段,以及设置栈指针sp和全局指针gp。Bootloader没有读写存储器数据,因此没有初始化数据Cache,所以Crt0.S仍然要初始化数据Cache。如图6所示,当Bootloader读取到L时,L=0表示前面所有的程序记录已经处理完毕,这是最后的程序记录,所以就直接跳到地址A的地方执行。显然A必须是程序的入口地址。如果L=Oxffffffff(即一1),那么就忽略A并停机,这样,即使是一个只有FPGA配置数据而没有程序的EPCS也是安全的。当一个EPCS只有配置数据而没有程序时,sof2Flash会在配置数据的末尾增加4个字节的Oxff,使Bootloader不会有误动作。Bootloader的工作流程与Flash中相同,如图5所示。



  4 软件编程
  Altera公司提供给客户两种类型的函数:SimpleFlash Access(简单的Flash访问),以及Fine—GrainedFlash Access(细粒度Flash访问)。本文使用Fine—Grained Flash Access函数,虽然比Simple Flash Access复杂一些,但可以避免通常的跨块擦除问题。因为Flash是按照块(Block)组织起来的,通常一次擦除一整个块。如果写Flash的地址与Flash块的组织结构不吻合,比如跨越了Flash块的边缘,那么可能会擦除掉其余的数据。在使用Flash的读写函数时,头文件中要包含“sys/alt_Flash.h”和“sys/alt_Flash_dev.h”,这两个头文件提供了访问Flash器件的驱动接口。
  使用之前要打开Flash。打开Flash,就像C程序打开硬盘中的数据文件一样。这里使用alt_Flash_open_dev()打开Flash,它返回一个句柄。例如:



  其中,fd是alt_Flash_open_dev()返回的句柄;offset是相对Flash基地址的偏移量,是读操作中要读出数据第一个字节的地址;length是本次操作的数据长度,单位是字节。当返回值为时,表示读操作成功。



  其中,fd是a1t_Flash_open_dev()返回的句柄;offset是相对Flash基地址的偏移量,是写操作中要写入的数据第一个字节的地址;length是本次操作的数据长度,单位是字节。当返回值为O时,表示写操作成功。
  使用完后别忘记关闭该Flash,就像读写完硬盘中的数据文件后要关闭一样。其原型如下:
  void alt_Flash_close_dev(alt_Flash_fd*fd);
  其中,fd是alt_Flash_open_dev()返回的句柄。
  编者注:Flash器件读写程序略。
   目前,在FPGA的开发过程中,每次进行程序的调试和更新时都需要将产品与计算机直连,进行在线操作,这样就限制了程序调试和更新的空间范围。而基于FPGA的在应用编程技术就是为了打破这种限制而设计的。在应用编程技术对硬件要求极低,只要满足FPGA是Cy—clone系列,具有Flash器件,具有上下位机的通信能力,无需增加太多的硬件资源,都可以实现在应用编程。如果产品具有网络功能或无线功能,那么在恶劣的工业现场和野外可以免除到现场反复拆卸、调试的麻烦。对于保密产品,该项技术可以保护知识产权,通过网络更新产品的软硬件,增加了更新过程中被**的难度。

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板凳
huamunv| | 2009-12-13 23:24 | 只看该作者
NIOSII是啥

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地板
lovelyegle| | 2009-12-16 22:44 | 只看该作者
好贴!

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5
wangwo| | 2009-12-17 21:07 | 只看该作者
3# huamunv
Nios II系列软核处理器是Altera的第二代FPGA嵌入式处理器,其性能超过200DMIPS

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6
god_like| | 2009-12-18 10:24 | 只看该作者
不错

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7
linhai1986| | 2009-12-21 12:13 | 只看该作者
好东西

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8
suoma| | 2009-12-28 22:57 | 只看该作者
支持!

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9
lee1111211| | 2011-9-22 11:49 | 只看该作者
niosii alt_flash_open_dev 失败的原因?

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10
栩栩如生| | 2011-9-22 18:16 | 只看该作者
niosii alt_flash_open_dev 失败的原因?
lee1111211 发表于 2011-9-22 11:49
同问

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11
xinjie1023| | 2011-11-26 07:06 | 只看该作者
好帖,好老的贴

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12
张凤武| | 2011-11-29 14:21 | 只看该作者
嗯、学习了

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