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1、 NiosII 的奇幻漂流 by VITOVITO 老虎社区 Chap.4 PIO 应用（2）外部中断 NiosII 的奇幻漂流 工具版本：Windows7 + QuartusII 12.0 + Qsys + NiosII SBT 12.0 作者：VITOVITO E-Mail： 老虎社区 版权所有 http:/ All Right Reserved 2014.5 处心积虑地让 FPGA 好学好用 PIO 应用 2外部中断 1 本章主要介绍 PIO 的应用外部中断， 通过用 PIO 连接的按键来触发 Nios II CPU 的外部中断，来点亮 LED；同时介绍了 Nios II 中断点调试的
2、使用方法。通过本章的学习，您会学习到： （1）在 Nios II 中利用 PIO 实现外部中断。 （2）按键的原理和使用方法。 （3）在 Nios II 中进行断点调试。 本章分为四个部分： 一、概述 二、硬件实现 三、软件实现 四、断点调试 五、实验总结 更多章节，请访问 http:/ 应用 2外部中断 2 上一章我们用 PIO 点亮了 LED，终于看到开发板的现象了。不过话说回来，如果 PIO 只能用来点个 LED，那也忒小看它了。接下来，我们来说说 PIO 的另一个应用：用 PIO 实现外部中断。 有道是：有人的地方就有江湖，有 CPU 的地方就有中断，Nios II CPU 自然也少不
3、了中断嘛。这一章我们就利用 PIO 来实现对 Nios II CPU 的外部中断，方法为：Nios II CPU 通过 PIO连接到某个按键上，按键按下后触发中断，CPU 响应外部中断改变 LED 的亮灭（LED 自然也是通过另一个 PIO 来控制的） ，下面就来具体介绍下实现。 小贴士 Tips：关于中断 简单来说，中断指 CPU 在执行 A 任务时，发生了某个事件（程序自身或外界）使 CPU暂停对 A 任务的处理，保留现场，去执行 B 任务；B 任务完成后，回到 A 的现场，继续执行 A 任务。中断有优先级之分，优先级高的中断可以打断优先级低的中断，同级别中断按先后顺序执行。在嵌入式系统中
4、，中断一般分为定时中断和外部中断，定时中断由程序定时产生，外部中断则由外设产生。 PIO 应用 2外部中断 3 打开 Quartus II 和 Qsys 软件，我们在上一章工程的基础上再增加一个 PIO（当然，不嫌麻烦重新再建一个工程也可以哈） 。先切换到 Qsys 软件，导入 kernel.qsys 文件后，在左侧边栏的 Library 找到 PIO 模块，双击配置 PIO，如下图，框 1 是 PIO 宽度、方向和输出初始值设置，我们把宽度设为 1，方向设为输入，因为是输入，所以输出初始值就不用管啦。框 3 是中断选项，我们勾选上 Generate IRQ（生成中断） ，中断类型（IRQ T
5、ype）有两种:电平触发中断和边沿触发中断，我们选择电平触发中断。框 2 中是边沿触发中断寄存器的一些设置，如果要设置边沿触发中断，则需要勾选上 Synchronously capture（同步捕获） ，再选择是捕获上升沿（RISING）还是下降沿（FALLING） ，因为我们在框 3 中选择的为电平触发中断，所以框2 无需设置。 点击 Finish，完成 PIO 配置，我们将得到的新 PIO 改名为 KEY，并进行连线、端口引出PIO 应用 2外部中断 4 和中断连接工作，具体步骤就不讲啦，还没掌握的同学可以回顾下前几章哈。我们得到下图，要注意红框中的地址和中断号：前面已经讲过，模块的地址区
6、间（基地址和结束地址之间的部分）不能与其它模块的地址区间重合；对于中断号，EPCS 已经设为 0，JTAG_UART 设为 1，其它模块按照顺序依次增加即可（在对中断优先级无特殊要求的情况下） ，事实上这次 Qsys 还真“人性化”了一回，我们连接上中断后它自动分配了 2，不容易啊！ 当然，为了稳妥我们还是给 Qsys 自动分配下地址和中断号（别忘了保存！ ） ，得到下图。 最后自然是编译了，点击 Generate，等待编译完成，休息一下吧。 编译完成后我们回到 Quartus II 主界面， 先介绍下按键的原理。在 TIGER BOARD 上面配有 6 个按键，如下图所示，按键的一端连接 F
7、PGA 的某个管脚，并通过上拉电阻接高电平；另一端接地。当该 FPGA 管脚作为输入时，按键松开时输入高电平，按下时则输入低电平。 PIO 应用 2外部中断 5 打顶层文件，我们先更新 kernel 模块，得到新生成的 key。因为 Nios II CPU 只对高电平敏感，所以要给 key 加一个非门作电平转换，添加方法与加入 kernel 模块、输入输出管脚类似，如下图所示。 接下来再添加输入管脚、连线，分配管脚，最终得到下图，大家注意下红框中的配置。 PIO 应用 2外部中断 6 保存下文件，我们开始编译 Quartus II 工程，编译成功后，硬件实现就 OK 了。PIO 应用 2外部中
8、断 7 接下来进行软件工程的实现。新建一个 Nios II 工程，命名为 int，在编写程序前先把三文件夹结构（main、inc 和 driver）搭建好，如果大家觉得在 Nios II 主界面操作太慢，这里介绍一个快捷点的方法：在我的电脑下找到原工程（即 int）所在的文件夹，在文件夹内新建上面的三个文件夹 （别忘了将 hello_world.c 改名并移到 main 文件夹中） ， 回到 Nios II 中界面，在目录区右键单击选择 Refresh 即可，怎么样，这样会快点吧。 我们先打开 BSP 工程中的 system.h 文件，看看新添加的名为 KEY 的 PIO 的情况，得到下图，可
9、以看到，KEY 的基地址（框 1） 、宽度（框 4） 、方向（框 5）等信息与我们在 Qsys 中设置的一致，同时，框 2、框 3 和框 6 中关于中断的设置也与预期一致，这正是 system.h 的伟大之处啊。 接下来我们来完成 sopc.h文件的编写。 我们在sopc.h 中添加上KEY 的定义， 如下图框1、PIO 应用 2外部中断 8 框 2 所示，方法与上一章添加 LED 类似，不再详述。 我们在 main.c 中主要完成中断初始化函数和中断服务函数 (ISR，Interrupt Service Routine）的编写。 要实现中断功能，首先要注册中断。在 Nios II SBT 中
10、，中断注册函数的原型为 int alt_ic_isr_register (alt_u32 ic_id, alt_u32 irq, alt_isr_func isr, void* isr_context, void* flags) ic_id 为中断控制器标号，定义于 system.h 之中，在本例中即KEY_IRQ_INTERRUPT_CONTROLLER_ID。 irq 为设备的硬件中断号，也在 system.h 中定义，即 KEY_IRQ。 isr 为调用的中断服务函数。 isr_context 指向与设备驱动实例相关的数据结构体，一般设为 NULL。 #ifndef SOPC_H_ #d
11、efine SOPC_H_ #include “system.h“ #define _LED #define _KEY /1 typedef struct unsigned long int DATA; unsigned long int DIRECTION; unsigned long int INTERRUPT_MASK; unsigned long int EDGE_CAPTURE; PIO_STR; #ifdef _LED #define LED (PIO_STR *) LED_BASE) #endif /*_LED*/ #ifdef _KEY #define KEY (PIO_STR
12、 *) KEY_BASE) /2 #endif /*_KEY*/ #endif /*SOPC_H_*/ PIO 应用 2外部中断 9 flags 保留未用，设为 0 即可。 然后是中断服务函数了，中断服务函数是指触发中断后要执行的函数（也就是概述中的 B任务） ，其原型为 void handle_button_interrupts(void* isr_context); handle_button_interrupts 为中断服务函数名称，不固定；isr_context 为给该函数提供的输入参数。 介绍完这两个函数，我们开始编写程序,完成后得到下图。 框 2 是中断初始化函数，包括中断全能和中
13、断注册：KEY_INTERRUPT_MASK 是 PIO 的中断使能寄存器，置 1 时中断使能有效，否则无效，我们把它置 1，使中断使能有效；然后按照上面介绍的格式编写中断注册函数 alt_ic_isr_register，如果初始化成功，函数返回 1，否则返回 0。 框 1 是中断服务函数， 一旦外部中断被触发， 中断服务函数就会将 LED 置 1， 即点亮 LED。 框 3 是 main 函数。在 main 函数中，首先将 LED 置 0，再判断中断注册是否成功，如果成功，打印“register successfully!” ，否则打印“Error: register failure!” 。
14、 #include “./inc/sopc.h“ #include “system.h“ #include “sys/alt_irq.h“ #include #include void ISR_key(void * isr_context) /1 小贴士 Tips：不一样！中断注册函数的变化 接触过较早版本的 Nios II 软件的同学可能会纳闷，这个中断注册函数跟原来的不一样啊！事实正是如此，Nios II 9.1 版本后的中断注册函数发生的变化，函数名、参数都有改变，但是功能上并没什么区别。无论您是否接触过原来的中断注册函数，既然已经改版，大家就顺应历史潮流吧。 PIO 应用 2外部中断
15、10 整个软件实现就这么多， 怎么样，外部中断也不过如此吧？LED-DATA = 1; int init_key(void) KEY-INTERRUPT_MASK = 1; return alt_ic_isr_register(KEY_IRQ_INTERRUPT_CONTROLLER_ID, KEY_IRQ, /2 ISR_key, NULL, 0x0); int main() LED-DATA = 0; if(!init_key() printf(“register successfully!n“); /3 else printf(“Error: register failure!n“); return 0; PIO 应用 2外部中断 11 既然讲到了中断，那就顺便介绍下断点调试（DEBUG） 。前面我们进行实验验证的时候，都是采用的直接运行的方式，其实很多时候，我们也需要在程序中设置一些断点
