DE1-SOC开发板上搭建NIOS II处理器运行UCOS II
今天在DE1-SOC的开发板上搭建NIOS II软核运行了UCOS II,整个开发过程比较繁琐,稍微有一步做的不对,就会导致整个过程失败。因此特地记录下来,以防日后忘记。
第一步:建立Quartus II工程
建立Quartus II工程时需要注意以下几点
- 器件选择为EP5CSEMA5F31C6N;
- 工程路径中不得出现非法字符(空格和中文字符);
- 开发工具选择Quartus II 13.1及以上,这里我选择的版本为Quartus II 14.1。
-
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。
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。
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:
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:
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。
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:
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:
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
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 output output sdram_cas_n; output sdram_cke; output sdram_cs_n; inout output 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), .reset_reset_n (cpu_reset_n), .sdram_addr (sdram_addr), .sdram_ba (sdram_ba), .sdram_cas_n (sdram_cas_n), .sdram_cke (sdram_cke), .sdram_cs_n (sdram_cs_n), .sdram_dq (sdram_dq), .sdram_dqm (sdram_dqm), .sdram_ras_n (sdram_ras_n), .sdram_we_n (sdram_we_n) );
sys_pll_0002 sys_pll_inst ( .refclk (refclk), .rst (~rst_n), .outclk_0 (cpu_clk), .outclk_1 (sdram_clk), .locked (pll_locked) );
endmodule |
第十八步:分析和综合;
第二十步:分配引脚
引脚分配如下表所示:
refclk |
Input |
PIN_AF14 |
rst_n |
Input |
PIN_AA14 |
sdram_addr[12] |
Output |
PIN_AJ14 |
sdram_addr[11] |
Output |
PIN_AH13 |
sdram_addr[10] |
Output |
PIN_AG12 |
sdram_addr[9] |
Output |
PIN_AG13 |
sdram_addr[8] |
Output |
PIN_AH15 |
sdram_addr[7] |
Output |
PIN_AF15 |
sdram_addr[6] |
Output |
PIN_AD14 |
sdram_addr[5] |
Output |
PIN_AC14 |
sdram_addr[4] |
Output |
PIN_AB15 |
sdram_addr[3] |
Output |
PIN_AE14 |
sdram_addr[2] |
Output |
PIN_AG15 |
sdram_addr[1] |
Output |
PIN_AH14 |
sdram_addr[0] |
Output |
PIN_AK14 |
sdram_ba[1] |
Output |
PIN_AJ12 |
sdram_ba[0] |
Output |
PIN_AF13 |
sdram_cas_n |
Output |
PIN_AF11 |
sdram_cke |
Output |
PIN_AK13 |
sdram_clk |
Output |
PIN_AH12 |
sdram_cs_n |
Output |
PIN_AG11 |
sdram_dq[15] |
Bidir |
PIN_AJ5 |
sdram_dq[14] |
Bidir |
PIN_AJ6 |
sdram_dq[13] |
Bidir |
PIN_AH7 |
sdram_dq[12] |
Bidir |
PIN_AH8 |
sdram_dq[11] |
Bidir |
PIN_AH9 |
sdram_dq[10] |
Bidir |
PIN_AJ9 |
sdram_dq[9] |
Bidir |
PIN_AJ10 |
sdram_dq[8] |
Bidir |
PIN_AH10 |
sdram_dq[7] |
Bidir |
PIN_AJ11 |
sdram_dq[6] |
Bidir |
PIN_AK11 |
sdram_dq[5] |
Bidir |
PIN_AG10 |
sdram_dq[4] |
Bidir |
PIN_AK9 |
sdram_dq[3] |
Bidir |
PIN_AK8 |
sdram_dq[2] |
Bidir |
PIN_AK7 |
sdram_dq[1] |
Bidir |
PIN_AJ7 |
sdram_dq[0] |
Bidir |
PIN_AK6 |
sdram_dqm[1] |
Output |
PIN_AK12 |
sdram_dqm[0] |
Output |
PIN_AB13 |
sdram_ras_n |
Output |
PIN_AE13 |
sdram_we_n |
Output |
PIN_AA13 |
第二十一步:全编译
此过程大约需要6到10分钟左右
第二十二步:配置
将生成的SOF文件配置到DE1-SOC开发板中。
第二十三步: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。
第二十四步: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。
在打开的窗口中,按下图所示的内容进行选择:
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:
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。
编译完成后,点击Run/Run Configurations,在打开的窗口中,
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)。
选择完成后,切换到Target_Connection选项卡中,如下图:
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:
自此,整个在DE1-SOC上搭建NIOS II处理器并运行UC/OS-II系统告一段落。
关于这个模版例程中相关代码的解释,我也是跟着特权的大神的博客才看懂的。这里,也再次向大众偶像特权同学致敬。具体软件代码的分析,大家可以看特权博客中的内容,当然,相信很多做软件大神也能分析的更加透彻。
参考内容:http://www.eefocus.com/ilove314/blog/12-08/284486_7e6a4.html
小梅哥
2015年4月21日于北京至芯科技