1、 FPGA-CPLD原理及應(yīng)用課程設(shè)計(jì)報(bào)告 題目： 基于SOPC設(shè)計(jì)萬(wàn)年歷 學(xué)院: 信息與電子工程學(xué)院專(zhuān)業(yè): 電子信息工程學(xué)號(hào): 姓名: 指導(dǎo)老師: 時(shí)間： 2015.7.15-2015.7.20一、摘要設(shè)計(jì)從系統(tǒng)硬件出發(fā),由CPU、總線(xiàn)、RAM、外接設(shè)備等構(gòu)成SOPC Builder的硬件系統(tǒng)，通過(guò)Nios II DE2開(kāi)發(fā)的嵌入式軟件編寫(xiě)并嵌入SOPC Builder的硬件中實(shí)現(xiàn)萬(wàn)年歷的整體開(kāi)發(fā)。通過(guò)應(yīng)用SoPC Builder開(kāi)發(fā)工具，設(shè)計(jì)者可以擺脫傳統(tǒng)的、易于出錯(cuò)的軟硬件設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)，從而達(dá)到加快項(xiàng)目開(kāi)發(fā)、縮短開(kāi)發(fā)周期、節(jié)約開(kāi)發(fā)成本的目的并具有高集成度、設(shè)計(jì)靈活和可移植性較好。關(guān)鍵詞：萬(wàn)年

2、歷 SOPC SOPC Builder Nios II DE2二、設(shè)計(jì)要求 用Nios II DE2 開(kāi)發(fā)板的LCD顯示電子鐘的日期和時(shí)間。LCD分兩行顯示，第1行顯示年、月、日；第2行顯示時(shí)、分、秒。用輸入BUTTON0來(lái)控制LCD行的修改，同時(shí)讓Nios II DE2開(kāi)發(fā)板上的綠色發(fā)光二極管亮滅來(lái)表示這個(gè)選擇。當(dāng)BUTTON0按一下后，LEDG3亮，可以修改年、月和日的數(shù)字；再按一下BUTTON0后，LEDG3滅，可以修改時(shí)、分和秒的數(shù)字。另外用輸入按鈕BUTTON3來(lái)控制日期和時(shí)間的修改，當(dāng)處于日期修改方式時(shí)，每次按動(dòng)一次BUTTON3，依次更換“年”、“月”和“日”的修改。當(dāng)處于時(shí)間修

3、改方式時(shí)，每次按動(dòng)一次BUTTON3，依次更換“時(shí)”、“分”和“秒”的修改。修改對(duì)象被選中后，按動(dòng)BUTTON2輸入按鈕可以增加顯示的數(shù)字；按動(dòng)BUTTON1輸入按鈕可以減少顯示的數(shù)字。三、設(shè)計(jì)內(nèi)容1、按鍵信息BUTTON3：“年”、“月”、“日”或“時(shí)”、“分”、“秒”切換鍵BUTTON2：+鍵BUTTON1：-鍵BUTTON0：“年”、“月”、“日”與“時(shí)”、“分”、“秒”切換鍵顯示信息LCD_Line1：顯示“年”、“月”、“日” LCD_Line1：顯示“時(shí)”、“分”、“秒”2、SOPC Builder 硬件建立 SOPC Builder是在Quartus II里的SOPC Build

4、er進(jìn)行的，先建立工程，在SOPC Builder里添加硬件，包括CPU ，jtag_uart ，RAM，LCD，PIO，按鍵，LED，以及LCD_ON。3、Quartus II硬件處理 硬件會(huì)自動(dòng)建立一個(gè)頂層模塊，通過(guò)建一個(gè)原理圖來(lái)對(duì)對(duì)應(yīng)的硬件進(jìn)行輸入輸出的添加，再鎖定引腳，編譯工程，硬件下載。 4、Nios II DE2嵌入軟件編寫(xiě)在Nios II里建立工程，選擇相應(yīng)的模塊，編寫(xiě)需要嵌入的軟件，添加缺少的頭文件對(duì)應(yīng)的宏定義，編譯工程，進(jìn)行軟件下載，在觀察結(jié)果。四、設(shè)計(jì)步驟1、打開(kāi)Quartus II新建工程2、打開(kāi)SOPC Builder生成相應(yīng)的硬件如圖所示圖1.SoPC配置 建立好后點(diǎn)

5、擊Generate運(yùn)行，看是否出錯(cuò),然后點(diǎn)擊exit退出。 3、調(diào)用剛才生成的硬件系統(tǒng)，在Quartus II中建立圖形文件，然后進(jìn)行引腳鎖定。引腳鎖定引腳文件如下：ClkY2Led3E24Led2E25Led1E22Led0E21KEY3R24KEY2N21KEY1M21KEY0M23LCD_RWM1LCD_ENL4LCD_RSM2LCD_DATA0L3LCD_DATA1L1LCD_DATA2L2LCD_DATA3K7LCD_DATA4K1LCD_DATA5K2LCD_DATA6M3LCD_DATA7M5 然后進(jìn)行編譯，在Quartus I下生成文件如下圖：圖2. 頂層電路4、 Nios I

6、I運(yùn)行打開(kāi)Nios II IDE2，建立工程，選擇count_binary模塊，添加一個(gè)LCD.h的頂層文件。在此寫(xiě)出C語(yǔ)言程序代碼。LCD.h的頂層文件為：#ifndef _LCD_H_#define _LCD_H_/LCD Module 16*2#define lcd_write_cmd(base,data) IOWR(base, 0, data)#define lcd_read_cmd(base) IORD(base, 1)#define lcd_write_data(base,data) IOWR(base, 2, data)#define lcd_read_data(base) IO

7、RD(base, 3)/=void LCD_Init();void LCD_Show_Text(char*Text);void LCD_Line2();void LCD_Test();/=#endif /_LCD_H_然后建立hello_world的C文件。#include #include altera_avalon_pio_regs.h#include alt_types.h#include system.h#ifndef _LCD_H_#define _LCD_H_/LCD Module 16*2#define lcd_write_cmd(base,data) IOWR(base, 0,

8、 data)#define lcd_read_cmd(base) IORD(base, 1)#define lcd_write_data(base,data) IOWR(base, 2, data)#define lcd_read_data(base) IORD(base, 3)/=void LCD_Init();void LCD_Show_Text(char*Text);void LCD_Line2();void LCD_Test();/=#endif /_LCD_H_int year=2013;int month=7;int day=15;int hour=20;int minute=25

9、;int second=30;int selectkey=1;int selectkeylr=1;int ms=0;int KEY=0;int shift=0,con=0,step=0;/#include basic_io.hvolatile int edge_capture;void LCD_Init() lcd_write_cmd(LCD_BASE,0x38); usleep(2000); lcd_write_cmd(LCD_BASE,0x0C); usleep(2000); lcd_write_cmd(LCD_BASE,0x01); usleep(2000); lcd_write_cmd

10、(LCD_BASE,0x06); usleep(2000); lcd_write_cmd(LCD_BASE,0x80); usleep(2000);void LCD_Show_Text(char*Text) int i; for(i=0;i=3)shift=0; break;case 2: step=1;break;case 3: step=-1;break;case 4: con+;if(con=3)con=0; break;default :break; modify();/=檢測(cè)按鍵 return 0;5、 連接開(kāi)發(fā)板，將文件下載到開(kāi)發(fā)板，運(yùn)行文件檢驗(yàn)是否正確。6、 檢查錯(cuò)誤并修改，知道

11、結(jié)果正確。7、 運(yùn)行情況圖3. 實(shí)驗(yàn)板運(yùn)行中圖4.實(shí)驗(yàn)板運(yùn)行中圖5.實(shí)驗(yàn)板運(yùn)行中五、運(yùn)行情況與問(wèn)題分析1、建立工程時(shí)，注意不能出現(xiàn)中文或者空格，且工程名需與文件名一致，選定芯片；2、在生成CPU硬件系統(tǒng)時(shí)，定義端口時(shí)，需注意設(shè)定端口輸入與輸出的位寬，需與程序定義的數(shù)值一致，否則運(yùn)行溢出報(bào)錯(cuò)，須修改；3、建立圖形文件后，需進(jìn)行編譯，出現(xiàn)錯(cuò)誤得返回原理圖核對(duì)，找到錯(cuò)誤修改后重新編譯；4、進(jìn)行引腳鎖定時(shí)，注意引腳文件的編寫(xiě)，否則選擇引腳文件點(diǎn)擊Run后會(huì)不成功，從而影響后面程序的調(diào)試；5、當(dāng)日數(shù)為31時(shí)，調(diào)節(jié)月份日期不會(huì)隨機(jī)改變，就會(huì)出現(xiàn)4月31日等錯(cuò)誤，加入程序段但是還是沒(méi)有完成跳變；6、程序中閃

12、爍程序段、跳變程序段不執(zhí)行，程序還需后續(xù)修改。六、結(jié)論采用NIOS集成開(kāi)發(fā)環(huán)境提供的快捷開(kāi)發(fā)手段，在Cyclone 1C6Q240C8芯片上創(chuàng)建了一個(gè)用戶(hù)定制CPU和外設(shè)的片上系統(tǒng)，同時(shí)完成對(duì)液晶顯示器和LED的編程控制。整個(gè)系統(tǒng)充分體現(xiàn)了SOPC設(shè)計(jì)方法的靈活性，設(shè)計(jì)時(shí)只定制系統(tǒng)需要的外設(shè)器件接口，避免過(guò)多的外圍電路和器件造成體積、功耗的增多和可靠性的下降。由于采用軟核結(jié)構(gòu)，方便系統(tǒng)的升級(jí)和擴(kuò)展，而不必硬件改版，節(jié)約了成本，加快開(kāi)發(fā)進(jìn)度，縮短了產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)周期。七、心得體會(huì)經(jīng)過(guò)本次SOPC課程設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，使我更加熟悉了Quartus 與Nios DE2以及開(kāi)發(fā)板的使用，熟練掌握了從理論設(shè)計(jì)到硬件開(kāi)發(fā)的流程，了解了萬(wàn)年歷通過(guò)編程實(shí)現(xiàn)的整個(gè)過(guò)程。本次用C語(yǔ)言編寫(xiě)的萬(wàn)年歷系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)了年歷、月歷、日歷的顯示，并且可通過(guò)鍵盤(pán)來(lái)變換相應(yīng)的年月日，最終的設(shè)計(jì)結(jié)果達(dá)到的這些要求，是一次成