FPGA 之 SOPC 系列（六）Nios II 程序開發(fā) II

今天給大俠帶來今天帶來FPGA 之 SOPC 系列第六篇，Nios II 程序開發(fā) II，希望對各位大俠的學(xué)習(xí)有參考價值，話不多說，上貨。

本篇接著第五篇繼續(xù)介紹NIOS II的寄存器級編程方式，以該方式的定時器的編程實(shí)例應(yīng)用。

以下為本篇的目錄簡介：

• 6.1 項(xiàng)目文件的管理

• 6.2 寄存器級編程

• 6.3 定時器應(yīng)用

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6.1 項(xiàng)目文件的管理

每個C工程中，可以以功能為依據(jù)對源文件迕行文件夾分類。文件夾不可以出現(xiàn)空格、除英文字母、數(shù)字、下劃線外的字符；更不允許出現(xiàn)漢字等非 ASCII碼字符。例如某個工程可以劃分為如下文件夾：

• doc 說明文檔

• config 系統(tǒng)相關(guān)配置文件夾（系統(tǒng)參數(shù)配置、編譯器、連接器配置文件等）

• driver 硬件驅(qū)動文件夾（包括芯片驅(qū)動、cpu外設(shè)驅(qū)動等）

• font 字體驅(qū)動

• Gui 圖形界面驅(qū)動

• main 主程序

• include 頭文件

• obj 編譯后的目標(biāo)文件

功能劃分應(yīng)以邏輯清晰、層次關(guān)系明顯為目的。一旦劃分好后，不可越級調(diào)用系統(tǒng)資源（例如只有driver內(nèi)文件內(nèi)直接操作硬件資源，其他文件夾代碼均不可調(diào)用最底層硬件資源）。也不要互相調(diào)用而使系統(tǒng)資源很快耗盡

文件一旦建立，就需在文件頭說明文件目的、版權(quán)及歷史記錄，每次修改后必須記錄。工程完工或者是間歇性擱置時，需要對所有工程文件夾、文件進(jìn)行只讀屬性設(shè)置及當(dāng)前狀態(tài)設(shè)置。對源代碼最好做到每天一備份，以防意外篡改及丟失，以備恢復(fù)之用。

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6.2 寄存器級編程

例：點(diǎn)亮LED的例子轉(zhuǎn)換新的編程方式

第一步，按照上述的文件管理方式，建立一個放置頭文件的文件夾，命名為inc, 在工程文件夾上點(diǎn)擊右鍵，然后點(diǎn)擊NEW中的SOURCE FOLDER。

下一步，在紅圈處輸入inc,點(diǎn)擊finish，完成文件夾建立。

下一步，在這個新建的文件夾下建立一個頭文件，方法如下圖所示，在inc上點(diǎn)擊右鍵，然后點(diǎn)擊NEW中的header file，輸入sopc.h。

打開剛才建立的頭文件，補(bǔ)充完代碼后如下：

#ifndef SOPC_H_ #define SOPC_H_ #include "system.h" #define _LED typedef struct { unsigned long int DATA; unsigned long int DIRECTION; unsigned long int INTERRUPT_MASK;; unsigned long int EDGE_CAPTURE; }PIO_STR; #ifdef _LED #define LED ((PIO_STR *)LED_PIO_BASE) #endif #endif /*SOPC_H_*/

其中定義了一個結(jié)構(gòu)體，這個結(jié)構(gòu)體被指向了LED_PIO_BASE，查相關(guān)手冊， n2cpu_Embedded Peripherals.pdf。

這兩個表格就是PIOCORE寄存器映射，我們這個結(jié)構(gòu)體啊就是根據(jù)它寫出來的，名字不重要，重要的是順序，也就是偏移量。第一項(xiàng)是數(shù)據(jù)DATA，第二項(xiàng)是IO口方向，第三項(xiàng)是中斷控制位，第四項(xiàng)是邊沿控制位。他們每一項(xiàng)都有N位，這個N就是我們在軟件構(gòu)建中的寬度，這個時候我們這里的N等于幾？

• #define LED ((PIO_STR *)LED_PIO_BASE)

• 它就是怎么把我們定義的結(jié)構(gòu)體給勾上LED設(shè)備的。記得LED_PIO_BASE，它就是我們在SYSTEM.H中特別強(qiáng)調(diào)的。定義了一個宏，命名為LED，它是指向LED_PIO_BASE的結(jié)構(gòu)指針，這個結(jié)構(gòu)就是PIO_STR.

• #define _LED

• #ifdef _LED

• #endif

• 意思是為了控制定義#define LED ((PIO_STR *)LED_PIO_BASE)的，這樣做是為了增強(qiáng)代碼的嚴(yán)謹(jǐn)性和可控制性。

把之前的模板文件hello_world.c名字改為main.c并將它放到main文件夾中，右擊rename后，選中main.c右擊鼠標(biāo)move后，選中main文件夾就ok了。

#include <stdio.h> #include <unistd.h> #include "../inc/sopc.h" int main (void) __attribute__ ((weak, alias ("alt_main"))); int alt_main() { int i; while (1) { for(i=0;i<4;i++){ LED->DATA =1<<i; usleep(500000); } } return 0; }

LED->DATA =1<<i;LED是在SOPC.H中定義的宏，是結(jié)構(gòu)體指針，它的結(jié)構(gòu)體中DATA的內(nèi)容（不是地址）。這里的usleep是微秒級延時的。

總結(jié)一下：

• 文檔的歸類管理。

• Sopc.h定義來源是相關(guān)外設(shè)的文檔寄存器。

• 操作定義好的外設(shè)結(jié)構(gòu)體變量編程。

并不是，要看什么要的外設(shè)，想FLASH這種外設(shè)，采用這種方式的話，累死你，我們就直接可以使用API來寫就行了。這種方式對我們了解nios的本質(zhì)是很有幫助的。

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6.3 定時器應(yīng)用

概覽

該時間計(jì)數(shù)器是一個為諸如NIOS II 等基于Avalon架構(gòu)的處理器設(shè)計(jì)的時間計(jì)數(shù)器。該計(jì)數(shù)器有如下特點(diǎn)：

（1）32位和64位計(jì)數(shù)；

（2）具有計(jì)數(shù)開始、計(jì)數(shù)停止、和復(fù)位計(jì)數(shù)器功能；

（3）兩種技術(shù)模式：單次計(jì)數(shù)、連續(xù)計(jì)數(shù)；

（4）計(jì)數(shù)周期寄存器；

（5）當(dāng)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)到0時，可以選擇使能或者禁止觸發(fā)中斷（IRQ）；

（6）可選作為看門狗，產(chǎn)生系統(tǒng)復(fù)位；

（7）可選產(chǎn)生周期脈沖，當(dāng)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)到0時；

（8）可用于32位或者16位處理器中。如16位的NIOS和32位的NIOS II。

Interval TimerCore 功能描述

（1）Avalon-MM提供可對6個16位寄存器操作的功能；

（2）可選周期脈沖輸出。

所有的寄存器都是16位寬度的，因此可適應(yīng)于16位或者32位處理器。若該核被配置為一個固定的周期，那么，周期寄存器就不存在。

計(jì)數(shù)周期（Timeout Period）

計(jì)數(shù)周期決定了周期計(jì)數(shù)器值。當(dāng)使能可寫周期（Writeableperiod），處理器可以通過寫周期計(jì)數(shù)器（ period registers）改變計(jì)數(shù)器值。或者當(dāng)禁止可寫周期（Writeableperiod），周期計(jì)數(shù)器（period registers）不可經(jīng)過處理器的寫操作而改變；此時周期計(jì)數(shù)器只能是一個不可改變的固定周期計(jì)數(shù)值。Interval Timer Core的計(jì)數(shù)周期是系統(tǒng)時鐘周期的整數(shù)倍。實(shí)際的時鐘周期讀者可以這樣求。

（1）求出系統(tǒng)的時鐘。指驅(qū)動Interval Timer Core的時鐘。一般與NIOS II 時鐘一致。

（2）將周期計(jì)數(shù)器里面高16位和低16位的值乘與時鐘時期即得計(jì)數(shù)周期。

計(jì)數(shù)大小（Counter Size）

該設(shè)定決定了計(jì)數(shù)器的位寬。可以設(shè)定為32位或者64位。32位位寬的計(jì)數(shù)器包含有2個16位的寄存器；而64位位寬的計(jì)數(shù)器包含有4個16位寬的寄存器。該設(shè)定同樣應(yīng)用至snap單元。

硬件選項(xiàng)

（1）Simple periodic interrupt—該設(shè)定用于只需要一個帶有中斷(IRQ)的計(jì)數(shù)器。該方式下，計(jì)數(shù)周期是固定不可軟件更改的，且計(jì)數(shù)不能停止但中斷（IRQ）可禁止。

（2）Full-featured—該配置適用于一個可被處理器更改，可變計(jì)數(shù)周期，且其開始、停止均可被更改的計(jì)數(shù)器。

（3）Watchdog—適用于系統(tǒng)需要看門狗的情況。當(dāng)系統(tǒng)停止響應(yīng)，該配置能使系統(tǒng)復(fù)位。

寄存器（registeregister）設(shè)定說明

（1）Writeable period——當(dāng)選中此項(xiàng)，則主外設(shè)（NIOS II）可通過寫周期寄存器（period registers）達(dá)到修改計(jì)數(shù)周期的目的。若未選中此項(xiàng)，則計(jì)數(shù)周期被確定為（Timeout Period），不可更改；同時周期寄存器（period registers）不再存在。

（2）Readable snapshot——當(dāng)選中此項(xiàng)，則主外設(shè)（NIOS II ）可以讀取當(dāng)前計(jì)數(shù)值。若未選中此項(xiàng)，則主外設(shè)只能依靠查詢狀態(tài)寄存器（status register）或者中斷（IRQ）標(biāo)志來得知計(jì)數(shù)狀態(tài)；此時（snap registers）并不存在，讀取該寄存器會有不確定的數(shù)值。

（3）Start/Stop control bits——當(dāng)選中此項(xiàng)，則主外設(shè)（ NIOS II ）可以通過寫控制寄存器（control register）來啟動、停止計(jì)數(shù)器。若未選中此項(xiàng)，則計(jì)數(shù)器默認(rèn)為連續(xù)計(jì)數(shù)模式。值得注意的是，當(dāng)系統(tǒng)看門狗復(fù)位（System reset on timeout (watchdog)）是使能狀態(tài)，則控制寄存器（control register）中的（start）位被置位，而不管Start/Stop 控制位的狀態(tài)。

信號輸出選項(xiàng)

（ 1 ） Timeout pulse (1 clock wide) — — 當(dāng)選中該項(xiàng)， 則計(jì)數(shù)器產(chǎn)生一個信號端口（timeout_pulse），該信號端口在計(jì)數(shù)器減計(jì)數(shù)至0時產(chǎn)生一個系統(tǒng)時鐘周期的高電平。若未選中該項(xiàng)，則計(jì)數(shù)器不產(chǎn)生該信號端口。

（2）System reset on timeout (watchdog)——當(dāng)選中該項(xiàng)，則計(jì)數(shù)器產(chǎn)生一個復(fù)位信號端口（resetrequest port）該信號在計(jì)數(shù)器減計(jì)數(shù)至0時產(chǎn)生一個系統(tǒng)時鐘周期的高電平。若未選中該項(xiàng)，則該信號端口不存在。

配置計(jì)數(shù)器為看門狗

若要使用看門狗，則應(yīng)作如下選擇。

（1）presets：選擇Watchdog；

（2）Timeout Period修改成所需要的時間

（3）Writeable period禁止；

（4）Readable snapshot禁止；

（5）Start/Stop control bits禁止；

（6）Timeout pulse禁止；

（7）System reset on timeout (watchdog)使能。

復(fù)位之后看門狗是禁止的。隨后，處理器往控制寄存器（control register）的START位寫1。開啟看門狗計(jì)數(shù)器。看門狗一旦開啟，就不能結(jié)束。為了不使系統(tǒng)復(fù)位，處理器應(yīng)該定時地復(fù)位計(jì)數(shù)值。

Interval Timer Core 軟件編寫

狀態(tài)寄存器（status Register Bits）

TO——當(dāng)計(jì)數(shù)器減計(jì)數(shù)到0時，置1。一旦置1，則必須由主外設(shè)（NIOS II）清0；

RUN——當(dāng)計(jì)數(shù)器在計(jì)數(shù)運(yùn)行時，RUN=1；否則RUN=0。寫RUN對值無影響。

控制寄存器（control register）

ITO——當(dāng)ITO=1時，計(jì)數(shù)器會產(chǎn)生中斷。反之則反。

CONT——若COUNT=1則計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)到0連續(xù)計(jì)數(shù)，知道STOP=1；若COUNT=0則計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)到0時，停止計(jì)數(shù)。

START——寫1到START則使計(jì)數(shù)器開始計(jì)數(shù)。當(dāng)計(jì)數(shù)器正在計(jì)數(shù)運(yùn)行，則寫START無效。

STOP——寫1到STOP則使計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)。若計(jì)數(shù)器已經(jīng)停止計(jì)數(shù)，則寫STOP無效。當(dāng)SOPC配置為Start/Stop control bits為關(guān)閉，則寫STOP無效。

中斷（IRQ）

當(dāng)計(jì)數(shù)器減計(jì)數(shù)到0時并且控制寄存器（congtrol register）ITO位被置1，則可產(chǎn)生定時器中斷。

處理中斷應(yīng)用以下兩種方式之一：

（1）清除狀態(tài)寄存器（status register）的TO位；

（2）清除控制寄存器（congtrol register）ITO位，禁止中斷。否則會產(chǎn)生不確定結(jié)果。

實(shí)例程序

/**//************************ 定時器中斷注冊初始化函數(shù)*****************************/ void InitInterrupt() { //----------------------------定時器中斷,系統(tǒng)時鐘66.7MHz-------------------- ------// alt_irq_register(TIMER_IRQ,NULL,Timer_interrupts); //注冊中斷函數(shù) IOWR_ALTERA_AVALON_TIMER_PERIODH(TIMER_BASE, 0x000A); IOWR_ALTERA_AVALON_TIMER_PERIODL(TIMER_BASE, 0x2C2A);//修改定時時間10ms IOWR_ALTERA_AVALON_TIMER_CONTROL(TIMER_BASE, 7); //啟動定時器允許中斷，連續(xù)計(jì)數(shù) } /**//*************************定時器中斷服務(wù)函數(shù)*****************************/ void Timer_interrupts(void* context, alt_u32 id) { /**//***************************服務(wù)代碼**************/ /**//**********************退出時清狀態(tài)寄存器***********/ IOWR_ALTERA_AVALON_TIMER_STATUS(TIMER_BASE, 0); //清狀態(tài)寄存器 } typedef struct{ union{ struct{ volatile unsigned long int TO :1; volatile unsigned long int RUN :1; volatile unsigned long int NC :30; }BITS; volatile unsigned long int WORD; }STATUS; union{ struct{ volatile unsigned long int ITO :1; volatile unsigned long int CONT :1; volatile unsigned long int START :1; volatile unsigned long int STOP : 1; volatile unsigned long int NC :28; }BITS; volatile unsigned long int WORD; }CONTROL; volatile unsigned long int PERIODL; volatile unsigned long int PERIODH; volatile unsigned long int SNAPL; volatile unsigned long int SNAPH; }TIMER;

FPGA 之 SOPC 系列第六篇就到這里結(jié)束，下一篇將帶來第七篇，NIOS II 高級技術(shù)等相關(guān)內(nèi)容。

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完

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江湖偌大，繼續(xù)闖蕩，愿大俠一切安好，有緣再見！

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的FPGA 之 SOPC 系列（六）Nios II 程序开发 II的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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