電工電子實驗中心電工電子實驗中心電子系統(tǒng)設(shè)計實驗一、QuartusII開發(fā)環(huán)境下載區(qū)數(shù)碼管指示燈輸出單元電機(jī)輸出單元數(shù)字量輸入單元下載目標(biāo)板單片機(jī)下載單元液晶屏模擬信號輸入單元頻率輸出單元頻率選擇單元A/D和D/A處理單元點陣輸出單元電子系統(tǒng)設(shè)計實驗一、QuartusII開發(fā)環(huán)境下載區(qū)數(shù)碼管電子系統(tǒng)設(shè)計實驗一、QuartusII開發(fā)環(huán)境下載區(qū)數(shù)碼管指示燈輸出單元液晶屏模擬信號輸入單元電機(jī)輸出單元下載目標(biāo)板數(shù)字點陣輸出單元頻率輸出單元數(shù)字量輸入單元單片機(jī)下載單元A/D和D/A處理單元頻率選擇單元電子系統(tǒng)設(shè)計實驗一、QuartusII開發(fā)環(huán)境數(shù)碼管液晶屏電子系統(tǒng)設(shè)計SW1～SW16是撥碼開關(guān)，向上為1；向下為0。本實驗箱指定了SW1～SW8的端口（見附錄）；而SW9～SW16未指定端口，不能使用。注意：SW7和SW8的端口號。對應(yīng)的管腳，參考實驗報告書后面實驗一、QuartusII開發(fā)環(huán)境電子系統(tǒng)設(shè)計SW1～SW16是撥碼開關(guān)，向上為1；向下為0。電子系統(tǒng)設(shè)計AN1～AN8是按鍵開關(guān)，按下為1；不按為0。（端口號見附錄）組合邏輯對應(yīng)的管腳，參考實驗報告書后面實驗一、QuartusII開發(fā)環(huán)境電子系統(tǒng)設(shè)計AN1～AN8是按鍵開關(guān)，按下為1；不按為0。（電子系統(tǒng)設(shè)計有5個時鐘源CLK1～CLK5，端口號見附錄。使用時，將短路塊插在所需頻率的跳針上即可。對應(yīng)的管腳，參考實驗報告書后面時序邏輯實驗一、QuartusII開發(fā)環(huán)境電子系統(tǒng)設(shè)計有5個時鐘源時序邏輯實驗一、QuartusII電子系統(tǒng)設(shè)計8個數(shù)碼管LED1～LED8，端口號見附錄。數(shù)碼管采用掃描方式顯示，8個數(shù)碼管的對應(yīng)筆段共用同一端口，利用74LS138輸出片選，任一時刻只選通一個數(shù)碼管，當(dāng)掃描頻率足夠快時，可看作同時顯示。對應(yīng)的管腳，參考實驗報告書后面實驗一、QuartusII開發(fā)環(huán)境電子系統(tǒng)設(shè)計8個數(shù)碼管對應(yīng)的管腳，參考實驗報告書后面實驗一、電子系統(tǒng)設(shè)計如：當(dāng)指定S3S2S1＝011時，則選通左邊第四個數(shù)碼管實驗一、QuartusII開發(fā)環(huán)境電子系統(tǒng)設(shè)計如：實驗一、QuartusII開發(fā)環(huán)境電子系統(tǒng)設(shè)計12個發(fā)光二極管D112～D101，端口號見附錄。高電平點亮，低電平熄滅實驗一、QuartusII開發(fā)環(huán)境電子系統(tǒng)設(shè)計12個發(fā)光二極管實驗一、QuartusII開發(fā)電子系統(tǒng)設(shè)計實驗一、QuartusII開發(fā)環(huán)境電子系統(tǒng)設(shè)計實驗一、QuartusII開發(fā)環(huán)境電子系統(tǒng)設(shè)計主芯片實驗一、QuartusII開發(fā)環(huán)境電子系統(tǒng)設(shè)計實驗一、QuartusII開發(fā)環(huán)境電子系統(tǒng)設(shè)計實驗一、QuartusII開發(fā)環(huán)境一、實驗?zāi)康?/p>

1：練習(xí)使用QUARTUSII7.1軟件，掌握利用該軟件進(jìn)行簡單EDA設(shè)計的基本流程。

2：完成一個通過撥碼開關(guān)控制發(fā)光二極管亮滅的應(yīng)用，實驗結(jié)束后可獨立完成思考題。電子系統(tǒng)設(shè)計實驗一、QuartusII開發(fā)環(huán)境一、實驗?zāi)康碾娮酉到y(tǒng)設(shè)計實驗一、QuartusII開發(fā)環(huán)境步驟一：項目的創(chuàng)建（1）.建立工程，設(shè)計輸入。選擇菜單“File”→“NewPrejectWizard”

二、實驗內(nèi)容及步驟電子系統(tǒng)設(shè)計實驗一、QuartusII開發(fā)環(huán)境步驟一：項目電子系統(tǒng)設(shè)計實驗一、QuartusII開發(fā)環(huán)境（2）點擊Next，為工程選擇存儲目錄、工程名稱、頂層實體名等，如圖1-3

所示；（3）點擊Next，若目錄不存在，系統(tǒng)可能提示創(chuàng)建新目錄，如圖1-4所示，點擊“是”按鈕創(chuàng)建新目錄，系統(tǒng)顯示如圖1-5所示；（4）系統(tǒng)提示是否需要加入文件，在此不添加任何文件；（5）點擊Next，進(jìn)入設(shè)備選擇對話框，如圖1-6，這里選中實驗箱的核心芯片CYCLONE系列FPGA產(chǎn)品EP1C6Q240C8；（6）點擊Next，系統(tǒng)顯示如圖1-7，提示是否需要其他EDA工具，這里不選任何其他工具；（7）點擊Next后，系統(tǒng)提示創(chuàng)建工程的各屬性總結(jié)，若沒有錯誤，點擊

Finish，工程創(chuàng)建向?qū)⑸梢粋€工程，這時軟件界面如圖1-8，在窗口左側(cè)顯示出設(shè)備型號和該工程的基本信息等。電子系統(tǒng)設(shè)計實驗一、QuartusII開發(fā)環(huán)境電子系統(tǒng)設(shè)計實驗一、QuartusII開發(fā)環(huán)境Cyclone系列的EP1C6Q240C8圖1-6電子系統(tǒng)設(shè)計實驗一、QuartusII開發(fā)環(huán)境Cyclon電子系統(tǒng)設(shè)計實驗一、QuartusII開發(fā)環(huán)境圖1-7電子系統(tǒng)設(shè)計實驗一、QuartusII開發(fā)環(huán)境圖1-7電子系統(tǒng)設(shè)計實驗一、QuartusII開發(fā)環(huán)境步驟二：VHDL文本編輯輸入1.選擇File/New或點擊主菜單中的空白圖標(biāo)，進(jìn)入新建程序文件狀態(tài)，選擇VHDLfile。VHDL程序文件的擴(kuò)展名是：*.vhd為實現(xiàn)用一個撥碼開關(guān)控制一個LED亮滅的功能，可用VHDL編寫一個程序?qū)崿F(xiàn)

電子系統(tǒng)設(shè)計實驗一、QuartusII開發(fā)環(huán)境步驟二：VH電子系統(tǒng)設(shè)計實驗一、QuartusII開發(fā)環(huán)境2.點擊OK按鈕進(jìn)入VHDL文本編輯環(huán)境界面電子系統(tǒng)設(shè)計實驗一、QuartusII開發(fā)環(huán)境2.點擊OK電子系統(tǒng)設(shè)計實驗一、QuartusII開發(fā)環(huán)境3、在編輯窗口中編輯以下程序：libraryIEEE;useIEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;useIEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL;useIEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;entitytestisPort(led:outstd_logic;key:instd_logic);endtest;architectureBehavioraloftestisbeginled<=key;endBehavioral;電子系統(tǒng)設(shè)計實驗一、QuartusII開發(fā)環(huán)境3、在編輯窗電子系統(tǒng)設(shè)計實驗一、QuartusII開發(fā)環(huán)境4、輸入程序后，存盤，如圖1-10所示：圖1-10電子系統(tǒng)設(shè)計實驗一、QuartusII開發(fā)環(huán)境4、輸入程序電子系統(tǒng)設(shè)計實驗一、QuartusII開發(fā)環(huán)境5.點擊Processing->StartCompilation編譯該文件，系統(tǒng)將開始編譯，結(jié)束后，給出提示信息和編譯結(jié)果，如圖1-11所示：圖1-11電子系統(tǒng)設(shè)計實驗一、QuartusII開發(fā)環(huán)境5.點擊Pr電子系統(tǒng)設(shè)計實驗一、QuartusII開發(fā)環(huán)境6.點擊Assignment->Pins進(jìn)行引腳分配，實驗箱上撥碼開關(guān)和LED對應(yīng)的引腳分別為58和98，分配結(jié)果如圖1-12所示。電子系統(tǒng)設(shè)計實驗一、QuartusII開發(fā)環(huán)境6.點擊As電子系統(tǒng)設(shè)計7.參照步驟（5）重新編譯系統(tǒng)，系統(tǒng)將生成FPGA配置文件，在編譯過程中若顯示警告可不理會；8.準(zhǔn)備下載，注意打開實驗箱電源，并連接下載電纜；9.點擊Tools->Programmer將配置文件下載到FPGA，系統(tǒng)顯示如圖1-13所示，注意選擇下載模式為JTAG，若下載線硬件顯示“NoHardware”（如圖1-13所示），則點擊HardwareSetup按鈕，系統(tǒng)顯示如圖1-14，雙擊USB-Baster，設(shè)定其為當(dāng)前選定硬件，再點Close返回。實驗一、QuartusII開發(fā)環(huán)境電子系統(tǒng)設(shè)計7.參照步驟（5）重新編譯系統(tǒng)，系統(tǒng)將生成FPG電子系統(tǒng)設(shè)計圖1-13下載界面實驗一、QuartusII開發(fā)環(huán)境電子系統(tǒng)設(shè)計圖1-13下載界面實驗一、QuartusI電子系統(tǒng)設(shè)計圖1-14下載線配置實驗一、QuartusII開發(fā)環(huán)境電子系統(tǒng)設(shè)計圖1-14下載線配置實驗一、QuartusI電子系統(tǒng)設(shè)計圖1-15配置好下載電纜的下載界面實驗一、QuartusII開發(fā)環(huán)境電子系統(tǒng)設(shè)計圖1-15配置好下載電纜的下載界面實驗一、Qu電子系統(tǒng)設(shè)計觀察實驗效果，嘗試開關(guān)撥碼開關(guān)K1，發(fā)光二極管D1-1將隨之亮滅。實驗一、QuartusII開發(fā)環(huán)境電子系統(tǒng)設(shè)計觀察實驗效果，嘗試開關(guān)撥碼開關(guān)K1，發(fā)光二極管D電子系統(tǒng)設(shè)計

通過本實驗學(xué)生應(yīng)掌握QUARTUS7.1軟件的基本使用方法和利用該軟件進(jìn)行EDA設(shè)計的基本流程。本實驗的內(nèi)容雖然簡單，但卻是進(jìn)行復(fù)雜設(shè)計的基礎(chǔ)。三、實驗總結(jié)實驗一、QuartusII開發(fā)環(huán)境電子系統(tǒng)設(shè)計通過本實驗學(xué)生應(yīng)掌握QUARTUS電子系統(tǒng)設(shè)計

本實驗是利用1個撥碼開關(guān)控制1個LED，現(xiàn)要求利用8個撥碼開關(guān)控制8個LED，在現(xiàn)有的實驗環(huán)境下完成。實驗箱上8個撥碼開關(guān)控制8個LED對應(yīng)的FPGA引腳為：四、思考題

名稱引腳名稱引腳K158D1-198K257D1-299K356D1-3100K455D1-4101K554D1-5102K653D1-6103K750D1-7104K849D1-8105實驗一、QuartusII開發(fā)環(huán)境電子系統(tǒng)設(shè)計本實驗是利用1個撥碼開關(guān)控制電子系統(tǒng)設(shè)計實驗二SOPC基礎(chǔ)實驗——Hello實驗

一、實驗?zāi)康募耙螅?、學(xué)習(xí)使用QUARTUSII7.1、SOPCBuilder、NIOSIIIDE軟件，掌握利用這些軟件進(jìn)行簡單SOPC設(shè)計和調(diào)試的基本流程；2、完成一個簡單的NIOSIICPU設(shè)計，通過JTAG-UART接口向計算機(jī)發(fā)送一段字符串。電子系統(tǒng)設(shè)計實驗二SOPC基礎(chǔ)實驗——Hello實驗

一電子系統(tǒng)設(shè)計二、實驗環(huán)境及器材：1、微機(jī)（已安裝授權(quán)的QUARTUSII7.1、SOPCBuilder、NIOSIIIDE）2、EDA/SOPC實驗開發(fā)系統(tǒng)3、USBBlaster下載線一根電子系統(tǒng)設(shè)計二、實驗環(huán)境及器材：電子系統(tǒng)設(shè)計三、背景知識及操作流程：

NIOSII軟核CPU是ALTERA公司2005年推出的新一代軟核CPU產(chǎn)品，較其前一代產(chǎn)品NIOS，在用戶界面、可調(diào)試性等方面都有了很大的改進(jìn)，目前最新版本為7.1。NIOSII設(shè)計工具為SOPCBUILDER，已嵌入到QUARTUSII軟件中，調(diào)試工具為NIOSIIIDE。本實驗設(shè)計一個含NIOSIICPU的簡單應(yīng)用，可在控制臺顯示一段字符串，具體實驗步驟如下：（1）啟動QUARTUS軟件并建立一個工程，其過程請參照實驗1，在此不作贅述，工程名不妨命名為hello；（2）點擊Tools->SOPCBuilder，啟動SOPCBuilder，如圖5-1所示；

實驗二SOPC基礎(chǔ)實驗——Hello實驗

電子系統(tǒng)設(shè)計三、背景知識及操作流程：

實驗二SOPC基礎(chǔ)電子系統(tǒng)設(shè)計（3）啟動SOPCBuilder后，系統(tǒng)提示輸入系統(tǒng)名以及目標(biāo)語言，這里可隨意為系統(tǒng)命名，不妨命名為MYCPU，請注意該名稱將在后面的設(shè)計中用到，因此最好命名為有意義的名字，目標(biāo)語言不妨選VHDL；

實驗二SOPC基礎(chǔ)實驗——Hello實驗

電子系統(tǒng)設(shè)計（3）啟動SOPCBuilder后，系統(tǒng)提示輸電子系統(tǒng)設(shè)計（4）點擊OK，系統(tǒng)顯示SOPCBuilder界面，窗口左側(cè)為IP核列表，右側(cè)為設(shè)計界面，下方為信息窗口。由于實驗箱上FPGA的工作時鐘為24MHz，因此須更改時鐘設(shè)置，只要鼠標(biāo)雙擊頻率數(shù)并進(jìn)行修改即可；

實驗二SOPC基礎(chǔ)實驗——Hello實驗

電子系統(tǒng)設(shè)計（4）點擊OK，系統(tǒng)顯示SOPCBuilder電子系統(tǒng)設(shè)計（5）下面就可以為設(shè)計添加組件了，首先雙擊左側(cè)的NiosIIProcessor，為系統(tǒng)添加NiosIICPU，系統(tǒng)顯示如圖2-4，NiosII的類型分為經(jīng)濟(jì)型、標(biāo)準(zhǔn)型和完全型三種，這里選標(biāo)準(zhǔn)型，即NiosII/s，其他選項取默認(rèn)值即可，點擊Finish，系統(tǒng)顯示如圖2-5所示；

實驗二SOPC基礎(chǔ)實驗——Hello實驗

電子系統(tǒng)設(shè)計（5）下面就可以為設(shè)計添加組件了，首先雙擊左側(cè)的電子系統(tǒng)設(shè)計

實驗二SOPC基礎(chǔ)實驗——Hello實驗

電子系統(tǒng)設(shè)計

實驗二SOPC基礎(chǔ)實驗——Hello實驗

電子系統(tǒng)設(shè)計（6）最好為添加的CPU更改個名字，用鼠標(biāo)右鍵點擊CPU，選Rename為其更名，不妨更名為MYNIOS，系統(tǒng)顯示如圖2-6所示，請注意這時信息窗有三行提示，可暫時不去管它。（7）繼續(xù)為設(shè)計添加組件，在左側(cè)列表中選擇OnChipMemory(ROMorRAM)，雙擊后，系統(tǒng)顯示如圖2-7；首先為系統(tǒng)添加片上ROM，在內(nèi)存類型上選ROM，數(shù)據(jù)寬度選32位，容量選1Kbytes，其他內(nèi)容可不作修改；

實驗二SOPC基礎(chǔ)實驗——Hello實驗

電子系統(tǒng)設(shè)計（6）最好為添加的CPU更改個名字，用鼠標(biāo)右鍵點電子系統(tǒng)設(shè)計（8）類似（6），為設(shè)計添加1K字節(jié)片上RAM組件，其選項界面如圖2-9所示，添加完成后將其更名為RAM。添加完ROM和RAM后，請將它們的基地址分別更改為0x00001000和0x00002000，如圖2-10所示；（9）設(shè)計添加UARTJTAG組件，從左側(cè)列表中選擇UARTJTAG并雙擊，系統(tǒng)顯示，不用更改設(shè)置，直接點擊Finish，完成所有組件的添加，系統(tǒng)顯示如圖2-12；（10）MYCPU為其設(shè)置復(fù)位向量和異常向量，如圖2-13所示，復(fù)位向量的內(nèi)存選ROM，異常向量的內(nèi)存選RAM，地址不用改變；（11）至此，CPU的所有組件添加完畢，點擊Generate開始生成CPU。（12）生成過程結(jié)束后，系統(tǒng)給出相應(yīng)提示“Systemgenerationwassuccessful”，如圖2-14所示，至此CPU設(shè)計完成。

實驗二SOPC基礎(chǔ)實驗——Hello實驗

電子系統(tǒng)設(shè)計（8）類似（6），為設(shè)計添加1K字節(jié)片上RAM組電子系統(tǒng)設(shè)計

實驗二SOPC基礎(chǔ)實驗——Hello實驗

電子系統(tǒng)設(shè)計

實驗二SOPC基礎(chǔ)實驗——Hello實驗

電子系統(tǒng)設(shè)計

實驗二SOPC基礎(chǔ)實驗——Hello實驗

圖2-12添加完成所有組件電子系統(tǒng)設(shè)計

實驗二SOPC基礎(chǔ)實驗——Hello實驗

電子系統(tǒng)設(shè)計

實驗二SOPC基礎(chǔ)實驗——Hello實驗

圖2-14CPU生成完畢電子系統(tǒng)設(shè)計

實驗二SOPC基礎(chǔ)實驗——Hello實驗

電子系統(tǒng)設(shè)計CPU設(shè)計完成后，返回到Quartus窗口，利用頂層圖的設(shè)計方法進(jìn)行該CPU的應(yīng)用設(shè)計，具體步驟如下：（1）新建一個BDF文件，系統(tǒng)顯示BDF設(shè)計窗口，點擊SymbolTools后，展開左側(cè)的Library，在Project下出現(xiàn)一個組件，名稱為MYCPU，如圖2-15所示，這就是剛才生成的CPU，雙擊該CPU將其加入設(shè)計窗口；

實驗二SOPC基礎(chǔ)實驗——Hello實驗

電子系統(tǒng)設(shè)計CPU設(shè)計完成電子系統(tǒng)設(shè)計（2）類似實驗1的操作，添加兩個INPUT類型的PIN，分別連接到MYCPU的clk和reset_n，并更名為CLOCK和RESET，如圖2-16所示，這兩個引腳分別是所設(shè)計CPU的時鐘和復(fù)位引腳；（3）存盤，命名為hello.bdf；（4）編譯系統(tǒng)，注意本設(shè)計目前還未進(jìn)行引腳鎖定，因此編譯過程可在進(jìn)行完Analysis&Synthesis后人為中斷；（5）類似實驗1操作，對CLOCK和RESET兩個引腳進(jìn)行鎖定，它們對應(yīng)的FPGA引腳分別為28和240；（6）再次編譯系統(tǒng)，直到最后結(jié)束，在編譯過程中可能會出現(xiàn)若干警告可不去理會；編譯結(jié)束后將生成相應(yīng)的配置文件hello.sof;（7）類似實驗1操作，將hello.sof下載到FPGA；至此，實驗箱上的FPGA已經(jīng)成為一個具有調(diào)試接口的CPU，可對其進(jìn)行編程令其完成某些操作，本實驗令其通過JTAGUART向計算機(jī)發(fā)送一段字符串并顯示到計算機(jī)控制臺，具體操作如下：（1）啟動NIOSIIIDE后，點擊File->New->NIOSIIC/C++Application，如圖2-17所示；

實驗二SOPC基礎(chǔ)實驗——Hello實驗

電子系統(tǒng)設(shè)計（2）類似實驗1的操作，添加兩個INPUT類型的電子系統(tǒng)設(shè)計

實驗二SOPC基礎(chǔ)實驗——Hello實驗

電子系統(tǒng)設(shè)計

實驗二SOPC基礎(chǔ)實驗——Hello實驗

電子系統(tǒng)設(shè)計（2）在name欄中為工程名命名，不妨為hello；在location欄中指定存儲位置；在SOPCBuilderSystemPTFFile欄內(nèi)指定該工程所用到的CPU，本例為剛才創(chuàng)建的MYNIOS；在工程模板列表中選HelloWorldSmall，由于本例設(shè)計的CPU只有少量的RAM，不能選HelloWorld模板。完成以上設(shè)置后，點擊Next，此頁面的設(shè)置不做任何修改，點擊Finish，系統(tǒng)將按HelloWorldSmall工程模板為本應(yīng)用創(chuàng)建工程，創(chuàng)建結(jié)束后，在NIOSIIIDE左側(cè)的工程列表中將多出兩個，一個是hello，另外一個是hello_syslib，同時創(chuàng)建了若干C源文件，其中包括main函數(shù)的文件如圖2-18所示：

實驗二SOPC基礎(chǔ)實驗——Hello實驗

電子系統(tǒng)設(shè)計（2）在name欄中為工程名命名，不妨為hell電子系統(tǒng)設(shè)計圖2-18NIOSIIIDE創(chuàng)建完成的hello工程

實驗二SOPC基礎(chǔ)實驗——Hello實驗

電子系統(tǒng)設(shè)計圖2-18NIOSIIIDE創(chuàng)建完成的he電子系統(tǒng)設(shè)計（3）用戶可對該源文件進(jìn)行修改，實現(xiàn)用戶要求的功能，例如在alt_putstr語句下添加一條新語句：

alt_printf(“HellofromSOPCLab!\n”);（4）存盤后，鼠標(biāo)右鍵點擊左側(cè)的hello工程名，選BuildProject，開始對該工程進(jìn)行編譯。與一般的編譯工具類似，若程序中存在錯誤，NIOSIIIDE也會給出錯誤信息，供用戶更改程序。（5）若編譯成功，則可運行，選擇Run->Run，系統(tǒng)顯示如圖2-19，為了使程序在實驗箱上運行，可用鼠標(biāo)右鍵點擊NiosIIHardware，并選擇New，系統(tǒng)將創(chuàng)建一個新的運行配置文件，如圖2-20所示。請注意，若NIOSIIIDE同時包含多個工程，在進(jìn)行此步操作之前，一定要在窗口左側(cè)的工程列表中將要運行的工程名選中。（6）點擊Run，則系統(tǒng)開始運行，請注意，該應(yīng)用是在實驗箱FPGA上的CPU運行的，運行結(jié)果如圖2-21所示；

實驗二SOPC基礎(chǔ)實驗——Hello實驗

電子系統(tǒng)設(shè)計（3）用戶可對該源文件進(jìn)行修改，實現(xiàn)用戶要求的功電子系統(tǒng)設(shè)計圖2-21運行結(jié)果

實驗二SOPC基礎(chǔ)實驗——Hello實驗

電子系統(tǒng)設(shè)計圖2-21運行結(jié)果

實驗二SOPC基礎(chǔ)實電子系統(tǒng)設(shè)計（7）在屏幕下方的控制臺窗口中顯示的就是該應(yīng)用的運行結(jié)果，由顯示結(jié)果看，程序運行正確，可點擊紅色的終止按鈕或Ctrl-C結(jié)束運行；

實驗二SOPC基礎(chǔ)實驗——Hello實驗

電子系統(tǒng)設(shè)計（7）在屏幕下方的控制臺窗口中顯示的就是該應(yīng)用的電子系統(tǒng)設(shè)計

至此，一個完整的NIOSII應(yīng)用設(shè)計、運行完成。NIOSIICPU支持調(diào)試，即單步執(zhí)行、察看變量值等操作，下面簡單介紹一下調(diào)試過程：為說明問題，將上面程序作簡單修改如圖2-22所示，編譯通過后，點擊Run->Debug，系統(tǒng)顯示類似圖2-20，再點擊Debug開始調(diào)試，系統(tǒng)顯示如圖2-23，這時可按F6單步執(zhí)行，注意觀察屏幕右上方窗口顯示的變量值的變化，可點擊紅色的終止按鈕結(jié)束程序調(diào)試。

實驗二SOPC基礎(chǔ)實驗——Hello實驗

電子系統(tǒng)設(shè)計至此，一個完整的電子系統(tǒng)設(shè)計圖2-23NIOSII調(diào)試界面

實驗二SOPC基礎(chǔ)實驗——Hello實驗

電子系統(tǒng)設(shè)計圖2-23NIOSII調(diào)試界面

實驗二電子系統(tǒng)設(shè)計四、實驗總結(jié)

QUARTUSII、SOPCBUILDER、NIOSIIIDE三個軟件為用戶提供了完整的SOPC設(shè)計和調(diào)試工具，通過本實驗學(xué)生應(yīng)掌握SOPC設(shè)計和調(diào)試的基本流程，學(xué)生應(yīng)在操作過程中反復(fù)練習(xí)，熟練使用這三個軟件。本實驗是進(jìn)行復(fù)雜SOPC設(shè)計的基礎(chǔ)。

實驗二SOPC基礎(chǔ)實驗——Hello實驗

電子系統(tǒng)設(shè)計四、實驗總結(jié)

實驗二SOPC基礎(chǔ)實驗——He電子系統(tǒng)設(shè)計五、思考題利用本實驗設(shè)計的NIOSIICPU，設(shè)計程序，完成1+3+…+99，并將結(jié)果通過JTAG-UART傳送到計算機(jī)并顯示在計算機(jī)的控制臺窗口，利用調(diào)試工具對該程序進(jìn)行調(diào)試。

實驗二SOPC基礎(chǔ)實驗——Hello實驗

電子系統(tǒng)設(shè)計五、思考題

實驗二SOPC基礎(chǔ)實驗——Hel電子系統(tǒng)設(shè)計

實驗三SOPC實驗——PIO實驗

一、實驗?zāi)康募耙螅?/p>

1、學(xué)習(xí)設(shè)計和使用NIOSIIPIO進(jìn)行IO操作的基本流程；

2、完成一個具備PIO的簡單的NIOSIICPU設(shè)計，實現(xiàn)利用一個撥碼開關(guān)控制一個LED的亮滅。電子系統(tǒng)設(shè)計

實驗三SOPC實驗——PIO實驗

一、實驗?zāi)侩娮酉到y(tǒng)設(shè)計實驗三SOPC實驗——PIO實驗二、實驗環(huán)境及器材：1、微機(jī)（已安裝授權(quán)的QUARTUSII7.1、SOPCBUILDER、NIOSIIIDE）2、EDA/SOPC實驗開發(fā)系統(tǒng)3、USBBlaster下載線一根電子系統(tǒng)設(shè)計實驗三SOPC實驗——PIO實驗二、實驗環(huán)境及電子系統(tǒng)設(shè)計實驗三SOPC實驗——PIO實驗三、背景知識及操作流程：

IO是一般CPU的必配資源，NIOSII的IO是通過用戶自行設(shè)計PIO（ParallelI/O）實現(xiàn)的，本實驗完成與實驗1相同的結(jié)果，但要通過NIOSII編程實現(xiàn)，具體的操作過程如下：（1）啟動QUARTUS軟件，并建立一個工程，不妨命名為KEYLED（2）啟動SOPCBUILDER設(shè)計CPU，為本設(shè)計加入NIOSIIProcessor、1K字節(jié)的片上ROM、1K字節(jié)的片上RAM、JTAG-UART，注意將ROM和RAM的基地址更改為0x00002000和0x00004000，結(jié)果如圖3-1所示；電子系統(tǒng)設(shè)計實驗三SOPC實驗——PIO實驗三、背景知識及電子系統(tǒng)設(shè)計實驗三SOPC實驗——PIO實驗圖3-1為CPU添加NIOSIIProcessor、片上ROM、片上RAM和JTAG-UART電子系統(tǒng)設(shè)計實驗三SOPC實驗——PIO實驗圖3-1為電子系統(tǒng)設(shè)計實驗三SOPC實驗——PIO實驗（3）為CPU添加連接撥碼開關(guān)的輸入PIO組件，雙擊左側(cè)IP列表中的PIO（ParallelI/O）組件，配置頁如圖3-2，選擇PIO的寬度為1，方向為inputportsonly，由于本實驗不涉及中斷編程，所以其他的選項不作修改，點擊Finish，窗口中顯示已添加了一個名為pio的組件，將其更名為KEY;圖3-2撥碼開關(guān)的PIO選項圖3-3LED的PIO選項電子系統(tǒng)設(shè)計實驗三SOPC實驗——PIO實驗（3）為CPU電子系統(tǒng)設(shè)計實驗三SOPC實驗——PIO實驗（4）為CPU添加連接LED的輸出PIO組件，雙擊左側(cè)IP列表中的PIO（ParallelI/O）組件，配置頁如圖3-3，選擇PIO的寬度為1，方向為outputportsonly，其他的選項不作修改，點擊Finish，窗口中顯示已添加了一個名為pio的組件，將其更名為LED;（5）至此，CPU設(shè)計完成，點擊Generate生成CPU；（6）返回QUARTUS軟件，創(chuàng)建一個新的BDF文件，加入剛剛設(shè)計的CPU，該CPU有4個IO接口，一個是時鐘，一個是復(fù)位，一個是輸入IO，一個是輸出IO，為該CPU配置4個PIN，請注意添加PIN的方向，添加完成后將PIN分別更名為CLOCK、RESET、KEY、LED，結(jié)果如圖3-4所示；電子系統(tǒng)設(shè)計實驗三SOPC實驗——PIO實驗（4）為CPU電子系統(tǒng)設(shè)計實驗三SOPC實驗——PIO實驗圖3-4本設(shè)計的頂層圖電子系統(tǒng)設(shè)計實驗三SOPC實驗——PIO實驗圖3-4本電子系統(tǒng)設(shè)計實驗三SOPC實驗——PIO實驗（7）保存該BDF文件，文件名為KEYLED，然后進(jìn)行編譯；（8）進(jìn)行引腳鎖定，它們對應(yīng)的引腳號如下表：（9）再次編譯系統(tǒng)，若出現(xiàn)警告可不理會，系統(tǒng)將生成keyled.sof文件；（10）將SOF文件下載到FPGA，這時，實驗箱上的FPGA已經(jīng)成為一塊NIOSIICPU；（11）啟動NIOSIIIDE，創(chuàng)建一個NIOSIIC/C++Application工程，不妨命名為KEYLED，指定存儲路徑，選剛剛設(shè)計好的CPU為目標(biāo)營建，選HelloWorldSmall為工程模板，這些設(shè)置如圖3-5所示；名稱引腳名稱引腳K158D1-198CLOCK28RESET240電子系統(tǒng)設(shè)計實驗三SOPC實驗——PIO實驗（7）保存該B電子系統(tǒng)設(shè)計實驗三SOPC實驗——PIO實驗圖3-5新建的NIOSII工程設(shè)置電子系統(tǒng)設(shè)計實驗三SOPC實驗——PIO實驗圖3-5新電子系統(tǒng)設(shè)計實驗三SOPC實驗——PIO實驗（12）將程序更改為如下代碼：#include"system.h"#include"altera_avalon_pio_regs.h"#include"alt_types.h"#include"sys/alt_stdio.h"intmain(){alt_u32i;alt_putstr("HellofromSOPCLab!\n");while(1){i=IORD_ALTERA_AVALON_PIO_DATA(KEY_BASE);IOWR_ALTERA_AVALON_PIO_DATA(LED_BASE,i);}return0;}電子系統(tǒng)設(shè)計實驗三SOPC實驗——PIO實驗（12）將程序電子系統(tǒng)設(shè)計實驗三SOPC實驗——PIO實驗（13）編譯、運行程序，觀察運行結(jié)果，改變撥碼開關(guān)K1的狀態(tài)，觀察發(fā)光二極管D1-1是否跟隨開關(guān)的狀態(tài)變化；（14）對程序進(jìn)行單步執(zhí)行等調(diào)試練習(xí)，觀察程序執(zhí)行過程與實驗箱硬件狀態(tài)變化間的關(guān)系。電子系統(tǒng)設(shè)計實驗三SOPC實驗——PIO實驗（13）編譯、電子系統(tǒng)設(shè)計實驗三SOPC實驗——PIO實驗四、實驗總結(jié)

通過本實驗學(xué)生應(yīng)掌握利用NIOSIIPIO設(shè)計的基本流程，掌握PIO軟件編程的基本知識和技巧。PIO是一般CPU應(yīng)用最廣的資源，與硬核CPU具有固定的資源量相比，軟核CPU在資源配置上具有更大的靈活性。電子系統(tǒng)設(shè)計實驗三SOPC實驗——PIO實驗四、實驗總結(jié)電子系統(tǒng)設(shè)計實驗三SOPC實驗——PIO實驗五、思考題1、比較本實驗和實驗1的結(jié)果和實現(xiàn)機(jī)理上的差別。2、本實驗是利用1個撥碼開關(guān)控制1個LED，現(xiàn)要求利用8個撥碼開關(guān)控制8個LED，在現(xiàn)有的實驗環(huán)境下利用NIOSII編程實現(xiàn)。實驗箱上8個撥碼開關(guān)控制8個LED對應(yīng)的FPGA引腳為：名稱引腳名稱引腳K158D1-198K257D1-299K356D1-3100K455D1-4101K554D1-5102K653D1-6103K750D1-7104K849D1-8105電子系統(tǒng)設(shè)計實驗三SOPC實驗——PIO實驗五、思考題名稱電子系統(tǒng)設(shè)計實驗四SOPC實驗——定時器實驗一、實驗?zāi)康募耙螅?、學(xué)習(xí)設(shè)計和使用NIOSIIPIO進(jìn)行定時器操作的基本流程；2、完成一個具備定時器的簡單的NIOSIICPU設(shè)計，實現(xiàn)利用定時器控制一個LED的定時亮滅（如1秒鐘亮滅一次）。電子系統(tǒng)設(shè)計實驗四SOPC實驗——定時器實驗一、實驗?zāi)康碾娮酉到y(tǒng)設(shè)計二、實驗環(huán)境及器材：1、微機(jī)（已安裝授權(quán)的QUARTUSII7.1、SOPCBUILDER、NIOSIIIDE）2、EDA/SOPC實驗開發(fā)系統(tǒng)3、USBBlaster下載線一根實驗四SOPC實驗——定時器實驗電子系統(tǒng)設(shè)計二、實驗環(huán)境及器材：實驗四SOPC實驗——定時電子系統(tǒng)設(shè)計三、背景知識及操作流程：定時器是一般CPU的必配資源，NIOSII是通過用戶自行設(shè)計定時器組建實現(xiàn)該功能的，本實驗設(shè)計一個具有定時器的CPU，通過對該定時器的編程控制一個LED每1秒鐘亮滅一次，具體的操作過程如下：（1）啟動QUARTUS軟件，并建立一個工程，不妨命名為TIMER；（2）啟動SOPCBUILDER設(shè)計CPU，為本設(shè)計加入NIOSIIProcessor、1K字節(jié)的片上ROM、1K字節(jié)的片上RAM、JTAG-UART和1位的輸出PIO，注意將ROM和RAM的基地址更改為0x00002000和0x00004000，結(jié)果如圖4-1所示；實驗四SOPC實驗——定時器實驗電子系統(tǒng)設(shè)計三、背景知識及操作流程：實驗四SOPC實驗——電子系統(tǒng)設(shè)計圖4-1為CPU添加NIOSIIProcessor、片上ROM、片上RAM、TAG-UART和PIO實驗四SOPC實驗——定時器實驗電子系統(tǒng)設(shè)計圖4-1為CPU添加NIOSIIProc電子系統(tǒng)設(shè)計（3）為CPU添加TIMER組件，雙擊左側(cè)IP列表中的IntervalTimer組件，配置頁如圖4-2，選擇定時時間為1秒，其他的選項不作修改，點擊Finish，窗口中顯示已添加了一個名為timer的組件，將其更名為TIMER1S。請注意這時SOPC可能會報錯，原因是TIMER和JTAG-UART使用了相同的中斷號，可將TIMER的中斷號改為1解決該問題。實驗四SOPC實驗——定時器實驗電子系統(tǒng)設(shè)計（3）為CPU添加TIMER組件，雙擊左側(cè)IP列電子系統(tǒng)設(shè)計圖4-2TIMER選項圖4-3設(shè)計完成的CPU實驗四SOPC實驗——定時器實驗電子系統(tǒng)設(shè)計圖4-2TIMER選項圖4-3設(shè)計完成的電子系統(tǒng)設(shè)計（5）至此，CPU設(shè)計完成，如圖4-3所示，點擊Generate生成CPU；（6）返回QUARTUS軟件，創(chuàng)建一個新的BDF文件，加入剛剛設(shè)計的CPU，該CPU有3個I/O接口，一個是時鐘，一個是復(fù)位，一個是輸出IO，為該CPU配置3個PIN，請注意添加PIN的方向，添加完成后將PIN分別更名為CLOCK、RESET、LED，結(jié)果如圖4-4所示；圖4