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1、1综合实验 NiosII 数字钟设计单 位： 信息工程学院 班 级： 07 级 7 班学 号： 1071000253姓 名： 康宇晨指导老师： 邱德惠首 都 师 范 大 学2010 年 5 月2一、 设计概述用 Nios II DE2 开发板的 LCD 显示电子钟的日期和时间， LCD 分两行显示，第一行显示年月日，第二行显示时分秒。用输入按钮 BUTTON 来控制 LCD 行修改，通过 Nios II IDE 进行软件设计。二、 设计要求1掌握 Nios II 系统的设计和使用方法；2学习通过 Nios II IDE 进行软件设计的方法；3实现在液晶屏上显示时间和日期，并可以对其进行设置。三
2、、 实验环境DE2 开发板QuartusII 7.2SOPC Builder 7.2NiosII IDE 7.2四、 设计方案（总体设计、软件设计、硬件设计）1. 总体设计要实现以下两个功能：(1). 在液晶屏上显示时间，日期(2). 对时间、日期能够进行设置建立新工程 clock2. 硬件系统组成设计根据系统要实现的功能和开发板配置，需要用到的 DE2 开发板上的外围器件有：LCD：电子钟显示屏幕按钮：电子钟设置功能键CFI Flash 存储器：存储软、硬件程序SDRAM 存储器：程序运行时将其导入 SDRAM根据所用到的外设和器件特性，在 SOPC Builder 中建立系统要添加的模块包
3、括：NiosII CPU 定时器，按键 PIO，LCD， 外部存储器总线（Avalon 三态桥） ，外部 SDRAM 控制器，外部 Flash 接口。3打开 SOPC Buider，系统名称为 sopc_clock加入 SDRAM 组件4加入 Flash Memory 组件5加入外部存储器总线（Avalon 三态桥）6加入按键 PIO7加入 LCD8加入 NiosII CPU 定时器，选择标准型的元件添加完后，要为每个外设分配及地址和中断请求优先级(IRQ)，在 System 中选择Auto-Assign Base Address 和 Auto-Assign IRQs 命令，这两个命令可分别简
4、单分配外设基地址和中断优先级。然后生成 Nios II 系统。9然后生成顶层文件，将 Nios II 系统模块加入到顶层文件中，如图所示原理图进行引脚锁定，并编译，然后进行硬件下载3软件系统设计要实现系统所需的功能，大量的工作应该集中在软件设计和优化上。电子钟的软件功能主要分为显示、设置和时间算法三大部分。显示部分的功能包括：显示时间（小时：分钟：秒）和 显示日期（年-月-日） 1设置部分的功能包括：设置小时，设置分钟，设置年份，设置月份，设置日 2期和退出设置。设置部分的程序主要用在对按键的响应。在编写程序前要对 DE2 开发板上的四个按键 BUTTON 功能进行如下分配：(1). 主菜单B
5、UTTON0：设置选择键，可依次选择设置时、分、秒和年、月、日BUTTON1：显示日期键BUTTON2：显示时间键(2). 子菜单（即进入对某个选项设置后的按键功能）：BUTTON1：选项数字增加10BUTTON2：选项数字减少BUTTON3：退出对选项的设置，返回主菜单时间算法部分的功能包括：时间累加和确定每个月的最大天数，使年、月、 3日能正确累加五、 软件代码1count_binary.c 的代码：#include count_binary.h/程序每秒钟检测一次按钮的状态，对日期和时间进行设置#include alt_types.h#include #include #include
6、#include system.h#include sys/alt_irq.h#include altera_avalon_pio_regs.h#include lcd.h11volatile int edge_capture;void LCD_Init()/LCD 初始化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(LCD_BASE,0x06);usleep(2
7、000);lcd_write_cmd(LCD_BASE,0x80);usleep(2000);void LCD_Show_Text(char* Text)/LCD 输出格式int i;for(i=0;i=3)pos=0;/共有三个位置 0、1、2，超过了 2 要马上清 0if(screen=2)screen=0;/共有两行 0、1，超过了 1 要马上清 0/na_LED8-np_piodata=11)day-;elseif(check_month(month)=0)day=30;if(check_month(month)=1)day=31;if(check_month(month)=2)if(
8、check_year(year)day=29;else day=28;15if(screen=1)if(second0)second-;else second=59;if(pos=1)if(screen=0)if(month1)month-;else month=12;if(screen=1)if(minute0)minute-;else minute=59;if(pos=2)if(screen=0)if(year0)year-;else year=2005;if(screen=1)if(hour0)hour-;else hour=23;break;case 0x04:/对当前位置上的数据执行
9、加操作if(pos=0)if(screen=0)if(check_month(month)=0)if(dayDevice and Pin Options-Unused Pins，改为 As input tri-stated。七、 总结通过这 12 周的 SOPC 技术综合设计实践的学习，我学会了 Quartus II，SOPC Buider 和 Nios II DE2 的使用，并通过这些软件可以进行简单的实验操作，强化了我的动手能力，并通过这几次实验更加了解 SOPC 的设计与应用。在实验中，遇到了各种各样的问题，首先是自己进行检查，查不出来再由老师同学进行检查和讲解，提高了自己解决问题的能力
10、，并且熟悉了整个实验的流程及具体的操作。我觉得这门课程很有意思，实验中是把各个部分的操作整合在一起，形成一个系统，做实验时要有整体感，一旦出现问题整体的重新进行设置19和编译，比如如果添加组建时出现错误，要重新添加，重新生成模块，重新倒入模块，重新编译顶层文件，是一个整体的过程。八、 附录参考SOPC 技术与应用 ，编著：江国强，机械工业出版社。参考SOPC 技术综合设计实践实验指南 ，编著：邱德惠。思考题：1 何谓 SOC？SOC（System On a Chip）称为片上系统，它是指将一个完整产品的功能集成在一个芯片上或芯片组上。SOC 中可以包括微处理器 CPU、数字信号处理器 DSP、
11、存储器（ROM、RAM、Flash 等） 、总线和总线控制器、外围设备接口等，还可以包括数模混合电路（放大器、比较器、A/D 和 D/A 转换器、锁相环等） ，甚至传感器、微机电和微光电单元。2 何谓 SOPC？SOPC（System On a Programmable Chip）称为可编程片上系统，它是基于可编程逻辑器件（FPGA 或 CPLD）可重构的 SOC。SOPC 集成了硬核或软核 CPU、DSP、锁相环（PLL） 、存储器、I/O 接口及可编程逻辑，可以灵活高效地解决 SOC 方案，而且设计周期短，设计成本低，一般只需要一台配有 SOPC 开发软件的 PC 和一台 SOPC 实验开
12、发系统（或开发板） ，就可以进行 SOPC 的设计与开发。3 何谓 IP 核？IP（Intellectual Property）是知识产权的简称。集成电路 IP 是指经过预先设计、预先验证、符合产业界普遍认同的设计规范和设计标准，并具有相对独立并可以重复利用的电路模块或子系统，如 CPU、运算器、存储器、放大器等。集成电路 IP 模块具有知识含量高、占用芯片面积小、运行速度快、功耗低、工艺容差性大等特点，可重复用于 SOC、SOPC或复杂 ASIC 设计中。4 何谓嵌入式系统，嵌入式系统的 CPU 核可以分为哪两种类型？嵌入式系统是指嵌入到对象体系中的专用计算机系统，包括硬件和软件两大部分。硬
13、件包括处理器、存储器、输入输出接口和外部设备等，软件包括系统软件和应用软件。基于 SOPC 的嵌入式系统结构主要包括嵌入式微处理器（CPU 核） 、定时器（Timer） 、嵌入式锁相环（PLL） 、嵌入式数字信号处理器（ DSP）及其他 IP 模块等部分。嵌入式系统的 CPU 核可以分为硬核和软核。5 简述 CPU 软核的特点。软核通常以可综合的 HDL 提供，因此具有较高的灵活性，并与具体的实现工艺无关，其主要缺点是缺乏对时序、面积和功耗的预见性。由于软核是以源代码的形式提供，尽管源代码可以采用加密方法，但其知识产权保护问题不容忽视。6 简述 HAL 的用途及基于 HAL 的外围设备的编程方
14、法。HAL 作为支持 Nios II 处理器系统的软件包，为用户的嵌入式系统上的外围设备提供了与之相匹配的接口程序。用户不用自己建立或复制 HAL 文件，也不需要编辑 HAL 中的20任何源代码，使用时只需要在 C/C+源程序中指明代表这些接口程序的库函数包含的头文件即可。在一个基于 Nios II 的 SOPC 系统上，外围设备包括通用异步串口 UART、发光二极管LED、七段数码管、按钮、LCD、存储器、定时器、鼠标、VGA 等。在应用软件的开发中，对于按钮、发光二极管 LED、七段数码管等通用输入输出设备的编程比较简单，而对于通用异步串口 UART、LCD、VGA 等字符模式外围设备的编
15、程就比较复杂。为了方便用户对字符模式外围设备的编程，HAL 支持标准输入、标准输出和标准错误函数，允许在程序中调用 stdio.h 中的 I/O 函数来完成对这些设备的访问，也支持字符模式外围设备的通用访问。7 简述 SOPC 的设计流程。SOPC 硬件开发流程a) 创建 Quartus II 工程b) 创建 Nios II 系统模块c) 配置 Nios II 系统d) 将 Nios II 系统模块、LPM 和用户自定义模块连接起来e) 编译、引脚分配、编程下载SOPC 软件开发流程Nios II 程序包括一个应用工程、可选的库工程和一个板支持包工程（自动生成） 。将Nios II 程序编译成
16、一个能在 Nios II 处理器上运行的.elf 文件。1 新建 Nios II C/C+应用工程与系统库工程为新的 Nios II 工程命名、选择目标硬件（硬件系统的 PTF 文件，IDE 根据该文件来建立系统库） 、选择新工程的模板、建立 C 的源文件与头文件（注意一定要加上后缀名.c） 、创建新的系统库（为硬件提供相应驱动）注意：工程文件夹要建在 D 盘根目录下（其中 D 盘装有 Quartus II 软件）2 编译与设置工程对工程进行编译 projectbuild project，编译成功后，在工程下面会出现一个 Binaries目录，其中有一个可执行文件.elf。3 运行与调试程序4 编译整个项目软件设计完成并调试成功后，可
