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【工程源码】SOPC开发流程之NIOS II 处理器运行 UC/OS II

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zgmxs|  楼主 | 2020-2-26 20:53 | 只看该作者 |只看大图 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式
本文和设计代码由FPGA爱好者小梅哥编写,未经作者许可,本文仅允许网络论坛复制转载,且转载时请标明原作者。

第一步:建立 Quartus II 工程
建立 Quartus II 工程时需要注意以下几点
1、 器件选择为 EP4CE10F17C8N;
2、 工程路径中不得出现非法字符(空格和中文字符);
3、 开发工具选择 Quartus II 11.0及以上,这里我选择的版本为 Quartus II 15.1。
4、 由于我们最终的软件工程也是建立在 Quartus II 工程目录下的,而软件工程有一个最让人崩溃的地方就是,软件工程在建立时,很多包含文件是以据对路径存在的,如果你更改了工程路径,那么当你再次编译工程时,就会报错。所以这里我在建立工程时,直接在 E 盘根目录下建立了一个 mysystem 的文件夹,并将工程建立在此文件夹中。这样可以避免路径太深,以后切换电脑时,只需要将工程直接拷贝到新的电脑的 E 盘下即可。只要 QII 软件安装位置相同,再次编译软件工程就不会报错。
第二步:打开 Qsys 工具
在 Quartus II 软件中,依次点击 tools/Qsys,以打开 Qsys 工具。
第三步:在 Qsys 系统中添加 NIOS II 处理器
在左侧的 IP Catalog 的搜索框中,输入 nios,在搜索结果中,选择并添加 NIOS II(Classic) Processor 到右侧的 System Contents 中来。添加时,选择 NIOS II/f 型 CPU。添加完成后,在
System Contents 中修改其名字为 mycpu。
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添加完成后,会报如下错误
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这个是因为目前只添加了CPU,还没有添加对应的存储器,因此会报错。这里不用理会,在后面的步骤中,只要按照操作来,这些错误最好都会消失的。后续操作中如果遇上其他错误也不要惊慌,最后只要系统搭建完成,错误都是会消失的。
第四步:在 Qsys 中添加 UCOS 系统所需定时器
在左侧的 IP Catalog 的搜索框中,输入 timer,在搜索结果中,选择并添加 Interval timer 到右侧的 System Contents 中来。添加时,将 timeout period 设定为 10ms。添加完成后,修改其名字为 ucosii_timer。
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第五步:在 Qsys 中添加 SDRAM
在左侧的 IP Catalog 的搜索框中,输入 sdram,在搜索结果中,选中并双击 SDRAM Control,在打开的参数配置选项卡中,按照如下图所示的配置进行设置:
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添加完成后,修改其名字为 sdram。
第六步:在 Qsys 系统中添加 JTAG_UART
在左侧的 IP Catalog 的搜索框中,输入 uart,在搜索结果中,选择并添加 JTAG UART 到右侧的 System Contents 中来。添加时,所有参数默认即可。添加完成后,修改其名字为 JTAG_ UART_0。
第七步:在 Qsys 系统中添加 sysid
在左侧的 IP Catalog的搜索框中,输入 sys,在搜索结果中,选择并添加 System ID Peripheral 到右侧的 System Contents 中来。添加时,设定 32bit system id 为自定义值,我这里设定为0x00000002。添加完成后,修改其名字为 sysid0。
第八步:连线和导出端口
自此,所有的外设添加就已经完成了,接下来,需要将每个模块的端口连接到对应的总线上,这里不一一介绍,详情请参看下图:
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其中,clk_100M 模块的 clk_in 和 clk_reset,以及 sdram 模块的 wire 需要 export。 将 ucosii_timer 和 jtag_uart_0 的 irq 连接到 mycpu 的 d_irq 上,在右侧的 IRQ 一栏中, ucosii_timer 的中断号设置为 0,jtag_uart_0 的中断号设置为 1。 注意,在Quartus II13.0及以前的版本中,所有部件第二列name栏中并不会有d_irq或irq这样一个信号,这个无需在意,只是没显示而已。只需要直接点击右侧的IRQ一栏中的空心圈并输入序号即可完成中断的分配,如下图所示:
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第九步:设定 sdram 基地址
在 Base 一栏中,将 sdram 模块的起始地址设置为 0,然后点击地址前面很小的那个锁的符号,使其变为锁定状态。
第十步:自动分配所有模块地址
在 Qsys 系统中,依次点击菜单栏中的 sysytem/Assign Base Address,系统即可自动为我们分配各个模块的基地址。由于 sdram 的基地址本身处于锁定状态,所以在此过程中,可能其他模块的基地址会因为自动修改而发生变化,但是 sdram 的基地址将保持不变。
第十一步:设定 CPU 的复位向量地址和异常向量地址
双击 mycpu 模块,在打开的参数设置中,将 Reset Vector 和 Exception Vector 都选择为 sdram.s1。
以上,我们就完成了完整 Qsys 系统的搭建,接下来,我们就可以生成 Qsys 系统的 RTL 代码了。
第十二步:保存设计
点击 file/save,将我们的系统保存,我这里命名为“cpu”。
第十三步:生成 Qsys 系统的 HDL 代码
在 Qsys 系统中,依次点击 Generate/Generate HDL,在弹出的窗口中,点击 Generate 来完成 HDL 代码的生成。此过程根据电脑配置的不同,大约需要 3 到 5 分钟。
第十四步:在 Quartus II 系统中添加并例化 QSYS 系统
在 Qsys 系统中,依次点击 Generate/HDL Example,在打开的界面中,将 HDL Example 中的代码选中并复制,如下图中红线圈起来的内容:
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回到 Quartus II 工程中,新建一个 Verilog HDL 文件,将刚刚复制的内容粘贴进去,将文件保存,命名为 mysystem。
第十五步:添加锁相环
在 Quartus II 软件中,依次点击 tools/IP Catalog,在右侧弹出的窗口中,在搜索栏输入 pll,然后双击打开搜索结果中的 Altera PLL,在打开的窗口中,选择 Verilog 格式,并保存名为 sys_pll。然后点击 OK。等待大于 10 秒钟左右,会弹出 PLL 的配置窗口,在配置窗口中,按下图所示的内容进行配置:
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第十六步:添加 Qsys 系统到 Quartus II 工程中
第十四步中,只是完成了 Qsys 系统的例化,实际并没有将 Qsys 系统添加到 Quartus II 工程中来。这里,我们双击 Quartus II 软件中 Project Navigator 窗口中 Files 选项卡中的 Files
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在弹出的窗口中,找到 E:\mysystem\cpu\synthesis 路径下的 cpu.qip 文件,加入到工程中。
第十七步:完善 mysystem.v 模块
将 mysystem.v 中的内容完善如下:
module mysystem(
    refclk,
    rst_n,
    sdram_addr,
    sdram_ba,
    sdram_cas_n,
    sdram_cke,
    sdram_cs_n,
    sdram_dq,
    sdram_dqm,
    sdram_ras_n,
    sdram_we_n,
    sdram_clk
);
    input refclk;
    input rst_n;
    output [12:0]sdram_addr;
    output [1:0]sdram_ba;
    output sdram_cas_n;
    output sdram_cke;
    output sdram_cs_n;
    inout [15:0]sdram_dq;
    output [1:0]sdram_dqm;
    output sdram_ras_n;
    output sdram_we_n;
    output sdram_clk;
   
    wire cpu_clk;
    wire sdram_clk;
    wire cpu_reset_n;
    wire pll_locked;
   
    assign cpu_reset_n = pll_locked;
   
    cpu u0 (
        .clk_clk       (cpu_clk),       //   clk.clk
        .reset_reset_n (cpu_reset_n), // reset.reset_n
        .sdram_addr    (sdram_addr),    // sdram.addr
        .sdram_ba      (sdram_ba),      //      .ba
        .sdram_cas_n   (sdram_cas_n),   //      .cas_n
        .sdram_cke     (sdram_cke),     //      .cke
        .sdram_cs_n    (sdram_cs_n),    //      .cs_n
        .sdram_dq      (sdram_dq),      //      .dq
        .sdram_dqm     (sdram_dqm),     //      .dqm
        .sdram_ras_n   (sdram_ras_n),   //      .ras_n
        .sdram_we_n    (sdram_we_n)     //      .we_n
    ;
   
    sys_pll_0002 sys_pll_inst (
        .refclk   (refclk),   //  refclk.clk
        .rst      (~rst_n),      //   reset.reset
        .outclk_0 (cpu_clk), // outclk0.clk
        .outclk_1 (sdram_clk), // outclk1.clk
        .locked   (pll_locked)    //  locked.export
    );
   
endmodule
第十八步:分析和综合;
第十九步:分配引脚
引脚分配如下表所示:
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第二十步:全编译
此过程大约需要 6 到 10 分钟左右;
第二十一步:配置固件到FPGA芯片中
将生成的 SOF 文件配置到芯航线开发板中。
第二十二步:打开 NIOS II EDS 软件
在 Quartus II 软件中,依次点击 tools/NIOS II software Buil tools for Eclipse,在打开的
Workspace Launcher 中,设定 Workspace 为 E:\mysystem,然后点击 OK。
第二十三步:建立 UC/OS II 模版工程
在打开的开发环境中,点击 File/New/Nios II Application and BSP from Template。
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在打开的窗口中,按下图所示的内容进行选择:
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然后系统便能为我们自动生成完整的系统,生成后的界面如下所示:
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第二十四步:编译软件工程
此时,我们按下键盘上的组合键“ctrl + B”,就能够对软件工程全编译。
第二十五步:下载并运行
编译完成后,点击 Run/Run Configurations,在打开的窗口中,
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双击 Nios II Hardware,在弹出的界面中,选择 Project Name 为 myucosii(注:图中我的工程名为 myucos,只是工程名字不同而已,无其他影响)。

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选择完成后,切换到 Target_Connection 选项卡中,如下图:
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若 1 处和 2 处无内容,则点击 3 处的 Refresh Connections,直到 1 和 2 中出现我们的 Cable 和 Device 为止。选中 4 处的两个选项。然后点击 5 处的 apply,最后点击 6 处的 Run,则系统将启动软件烧写过程,并在烧写完成后启动 FPGA 中的 Nios II 处理器。
此时,我们在Eclipse 的 Nios II Console 窗口中便能看到 Nios II 处理器通过串口发送到 PC 上的内容,如下图所示:
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