FPGA回忆记事（一）：基于Nios II的LED实验

实验一：基于Nios II的LED实验

一、    创建Quartus II工程

1、打开Quartus II环境。开始->程序->Altera->Quartus II 9.1。

2、点主菜单File->New Project Wizard…，创建新工程。

3、弹出如下窗口，点Next，进行下一步操作。

4、输入新建工程路径，工程名及工程顶层实体，点Next，下一步。

如所输入工程路径文件夹不存在，则会弹如下窗口，点“是”，创建工程文件夹。

5、弹出如下窗口，按默认，点Next，下一步操作。

6、选择目标板上对应的正确芯片型号，点Next，下一步操作。

7、设置仿真格式，选择Verilog HDL，点Next，下一步操作。

8、点Finish，完成工程结构创建。

9、点击Assignment-Device。

10、选择Device & Pin Option，进行器件及管脚选项设置。

11、选择Dual-Purpose Pins，在弹出的如下对话框中双击Use as programming pin,然后在下拉框中选择Use as regular I/O,点确定，点OK。

12、选择Unused Pins选项，把没用到管脚设为三态输入“As input tri-stated”，其它选项按默认，点确定，完成设置。

13、附：由于芯片变更，将需要做如下调整以适应新的芯片核心电压，步骤如下：

1.选择file-open并将工程所在路径打开如图：

2.选择File菜单下的open，在文件类型下拉框中选All files，在所在工程文件夹下找到.qsf文件打开。

3.将set_global_assignment-name NOMINAL_CORE_SUPPLY_VOLTAGE 1.0V后面的1.0V改为1.2V。然后保存。

二、SOPC Builder创建系统模块

1、  在Quartus II环境中选择菜单Tools->SOPC Builder…，打开SOPC Builder向导。

2、创建新系统，输入系统模块名称，如“Techshine_EP1C12”，选择适当的目标描述语言。

3、在左端元件池窗口列表中选处理器项，点Add…或双击鼠标左键，添加CPU。

4、选择适当的NIOS II Core，推荐用“Nios II/s”模式，点Next，进一步设置

5、对Cashes and Memory Interfaces设置、Advanced Features设置、MMU and MPU settings设置，可选择默认，点Next，下一步设置。

6、选择适当的JTAG Debug Module，推荐设为“Level 2”以上级别，点Next，选择默认，点Finish，完成创建CPU。

7、在右边目标资源窗口中，鼠标右键点新建的CPU项，选择Rename，对新建的CPU改名。

默认为“cpu_0”,改为“cpu”。

8、在元件池Memory下，选择On-Chip Memory（RAM or ROM），添加片上存储器。

9、弹出片上存储器选项，选RAM，大小设置为8Kbytes，点Finish，完成设置，并改名为：onchip_RAM。

10、在元件池Peripherals下，选择Microcontroller Peripherals，选择PIO，点Add…或双击鼠标右键，添加IO。

11、添加输入IO，设置数据宽度为4bits，方向选择Input prots only。点Next，下一步设置。

12、设置适当的中断方式，点Finish，完成设置，并改名为button_pio。

13、添加输出IO。数据宽度设为4bits，方向选择Output ports only，点Finish，完成输出IO设置，并改名为led_pio。

14、在元件池Interface Protocols/Serial下选JTAG UART，添加JTAG通信接口，按默认设置完成器件添加，改名为jtag_uart。

15、在元件池Peripherals/Debug and Performance下选System ID Peripheral，添加sysid。

16、鼠标左击选中onchip_RAM对应的基地址，修改值为：0x00000000，在主菜单上选择ModuleàLock Base Address，锁定基地址。

17、主菜单上选择SystemàAuto-Assign Base Addresses，对未锁定地址的器件进行自动分配地址；主菜单上选择SystemàAuto-Assign IRQs，自动分配中断号。点Next，下一步操作。

18、右击CPU，在Edit中找到Core Nios II，在下方设置Reset Address和Exception Address为onchip_RAM。点击Finish。

19、在System Generation 设置窗口中，点Generate，生成系统模块。生成系统模块成功后，提示Press ‘Exit’ to exit。点左下角的Exit退出或直接点右上角的关闭窗口。

三、 PLL锁相环生成

1、在Quartus II环境中，选择例化模块生成向导管理。在主菜单上选择ToolsàMegaWizard Plug-In Manager…，打开向导。

2、选择第一项Create a new custom megafunction variation，新建一个例化模块。点Next，下一步操作。

3、点开IO前的加号，选择ALTPLL，并在右边的器件选项中选择正确的器件，选择合适的输出文件硬件描述语言，在定义输出文件名处输入自定义文件名，可参考下图设置。点Next 下一步操作。

4、选择输入时钟，这里我们输入50MHz与硬件电路输入时钟相一致，其它项按默认。点Next，下一步操作。

5、去掉Create an ‘areset’ input to asynchronously result the PLL项及Create ‘locked’ output项前面的勾。点Next，下一步操作。

6、其余均为默认，直到output clocks设置。c0设置，设置倍频、分频系数均为1，即c0输出为50MHz。点Next，下一步操作。

7、设置c1，设置倍频、分频系统为4、5，即c1输出为40MHz。（用作VGA时钟，此例中没用到VGA，可以不设置这一项）。点Next，下一步操作。

9、在输出文件设置中，把6个输出文件都点上勾。点Finish，PLL生成完成。

四、生成配置文件

1、在Quartus II环境主菜单上，选File->New…。创建新文件。

2、 
在弹出创建文件类型选择中，选第二项Block Diagram/Schematic File，点OK，创建BDF文件。

3、将tmp.rar文件解压开，将delay_reset_block.bsf、delay_reset_block.bdf、reset_counter.v三个文件复制到Quartus II工程所在的目录下，E:\EDA_VI。这是一个延时复位模块，用于PLL模块有外部输出时钟到SDRAM的情况，本例可以不用添加。

3、 
双击空白处，打开模块库，在Project下将会看到三个可用模块。

4、 
选中其中一个模块，点“OK”添加模块，将模块拖放到bdf文件内后，左击一次鼠标放置模块，然后右击鼠标选Cancel，一个模块添加完成。依次添加完三个模块。调整模块位置。

5、添加管脚。打开模块库，在如下图路径，找到管脚选项。点“OK”，按步骤4方法放置管脚到bdf文件中。

6、鼠标左键单击选中放置好的管脚，鼠标右键单击弹出菜单，选择Properties。

在弹出窗口中设置，重命名管脚名。

7、按步骤5、6依次添加及重命名其它管脚。总线按LED[3..0]的格式命名，表示数据线为从LED0到LED3共4位总线。

8、模块及管脚间连接线。当鼠到靠近管脚或模块信号引出脚时，会出现如下图所示的小十字型热点，此时按下鼠标左键，拖动鼠标即能画出电器连接线。

将鼠标一直拖到目标接点后释放鼠标左键，即完成连接，如下图所示。

连接完成后，如下图所示。保存bdf文件为：E_Play.bdf，文件名与顶层实体名相同。

9、点主工具栏上的分析及综合按钮，或从主菜单中选择ProcessingàStartàStart Analysis & Synthesis。

分析及综合完成，窗口显示如下。

10、管脚分配。选择工具栏中的Assignment/Pins，在location一栏中键入相应数字，之后点击空白处，则会出现PIN_“所键入数字”样式，如图填好分配管脚。

之后关闭该页面，原理图呈现如下状态：

15、完全编译工程。在Quartus II环境主工具栏中选择图标，或从主菜单下选择PressingàStart
Compilation。完成编译，显示如下图。关闭Quartus
II环境窗口。

四、
NIOS应用工程

1、打开NIOS II IDE环境。开始->程序->Altera->NIOS II 5.1->NIOS
II IDE。在工作路径中输入：E:\EDA_VI\software\workspace。点OK，确定。

2、第一次使用此工程路径，将显示如下Welcome窗口，点Welcome窗口左上角的叉，关闭即可。

3、创建NIOS II 应用工程。在NIOS II IDE环境主菜单下选择File->New->Project……

4、在弹出的新建工程向导中，选择第一项C/C++ Application。点Next，下一步操作。

5、在弹出的C/C++ Application工程向导中，在窗口左下的工程模板中选择Hello_LED，默认的工程名为hello_led_0，将工程名改为hello_led，目标硬件选择中浏览找到，Quartus II工程中的Techshine_EP1C12.ptf文件。点Next，下一步操作。

6、在弹出的系统库设置中，按默认选第一项Create a new system library named，新建系统库。点Finish，完成系统库创建。

7、如果创建工程成功，则弹出如下窗口。打开hello_led.c文件，将其中“if (led & 0x81)”行程序改为“if(led & 0x09)”，0x09对应为4位LED跑马灯，0x81对应为8位。

8、如果在第6步后，没有出现第7步窗口，而是弹出如下的创建失败窗口，请选OK，关闭出错窗口，再在底层窗口中点Cancel，取消创建。（这类出错属于IDE的设计漏洞）

9、虽然创建NIOS II 应用工程失败，但可以在IDE左边的工程管理窗口中看到，hello_led_syslib的工程系统库已经生成。

10、重复第步骤3到5，完成后，弹出如下窗口，选择第二项Select or create a
system library，将下面的hello_led_syslib系统库前打勾，按Finish，进行步骤7操作。

11、编译应用工程及系统库。在工程管理窗口中选中hello_led应用工程，鼠标右键点击在弹出菜单中选择Builder Project，NIOS II IDE将自动先编译系统库hello_led_syslib，完成后自动编译应用工程hello_led。

12、下载配置文件。在NIOS II IDE主菜单中选择ToolsàQuartus
II Programmer，打开Quartus II
Programmer窗口。（或通过开始菜单打开Quartus
II Programmer）

13、默认为JTAG下载方式，点”Add
File…”按钮，流览添加Quartus
II工程目录下的 “E_Play.sof”文件，在相应的“Programmer/Configure”项上打勾，点“Start”下载程序。在下载配置文件前，先将ByteBlaster II下载线插到JTAG方式下载口，并给目标板接通电源。

14、如果用AS方式下载，请先在“Mode”模式下拉列表里，选择“Active Serial Programmer”,然后流览添加相应的“.pof”文件，在相应的“Programmer/Configure”项和“Verify”项上打上打勾，点“Start”下载程序。（下载线插到AS方式下载口）

15、如果Hardware选项中显示“No Hardware”, 点击“Hardware
setup”按钮进行下载线设置。在
hardware Setup 对话框“ Hardware
Settings”设置页上点击“Add Hardware”按钮。在 Add Hardware 对话框上选择恰当的下载线类型，点击“OK”按钮。回到 Hardware Setup 对话框，在“Available Hardware items”中，双击所需要的下载线类型，点击“Close”按钮。

16、运行NIOS II应用程序。在NIOS II IDE工程管理窗口，选中要运行的工程hello_led，鼠标右键弹出菜单中选择Run AsàNIOS
II Hardware。运行成功，可以看到目标板上的四个LED灯循环点亮。

17、如果想做对应用程序做进一步调试，可以用应用工程右键菜单Debug AsàNIOS
II Hardware。详细步骤请参考NIOS
II IDE软件开发手册。

后记：

这是篇本科时候的自学设计，感谢太原科技大学电子科学与技术学院李斌老师的技术支持！另：由于当时的设备局限，好多时候得进行一些多余的操作，例如修改板上电压等等，本文记录了操作过程的所有主要步骤，当然，也因当时能力有限显得有些冗长。感谢各位拨冗读到这里，欢迎批评斧正~