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1、摘 要SOPC触控屏接口驱动设计紧跟嵌入式系统发展趋势，采用一种新的嵌入式系统设计技术SOPC(片上可编程系统)技术进行的触控屏接口驱动设计产品开发。TFT触摸屏具有电压低、功耗小、易集成、轻巧便携以及显示效果好等突出优点，现已广泛应用于各种显示领域，在人机交互中扮演着重要的角色。本文设计的是基于SOPC触控屏接口驱动。该驱动设计分为硬件开发和软件开发两个流程。通过软件控制硬件电路触控屏的显示。本设计采用Altera公司的CycloneIII系列的FPGA芯片配置Nios II处理器，采用Verilog语言编写触控屏接口驱动；在SOPC用户自定义IP核添加设计的驱动组件；使用Altera公司提
2、供的Quartus II 8.0和Nios II 8.0作为调试环境；完成了设计任务，达到了预期的效果。关键词：Nios II；Quartus II；FPGA；Verilog；SOPCAbstractThe SOPC touch screen interface drive design follows embedded systems development trend, using a new method of embedded system design technology - the SOPC (chip programmable system) technology for to
3、uch screen interface drive design product development. TFT touch screen with voltage, low consumption, easy integration, lightweight portable and display prominent advantages effect is good, has been widely applied in all kinds of display field, in human-computer interaction plays an important role.
4、This design is based on the SOPC touch screen interface drivers. The driver design into hardware development and software development two processes. Through software control hardware circuit touch screen displays.The system uses Alteras FPGA chip configuration CycloneIII series NiosII processor, The
5、 touch screen is base on Verilog language preparation interface drive; Using the SOPC user-defined IP nuclear add design driver components ; using Alteras Quartus II 8.0 companies and Nios II 8.0As a debugging environment; to complete the design task to achieve the desired results.Keywords: Nios II；
6、Quartus II；FPGA；Verilog；SOPC目录1 绪论11.1 SOPC Builder11.2 Verilog HDL语言及Modelsim SE 6.0软件21.3 软件Quartus8.031.4 IP核简介31.5 LCD控制器IP核设计意义和目的42 Avalon总线规范52.1 Avalon总线特点52.2Avalon从端口传输52.2.1 Avalon从端口信号介绍52.2.2 Avalon从端口读传输62.3 Avalon主端口传输72.3.2 Avalon主端口读传输72.3.3 Avalon主端口写传输82.4 Avalon总线地址对齐方式82.4.1 本地地
7、址对齐92.4.2 动态地址对齐93基于SOPC的触控屏驱动电路设计103.1 触控屏设计思路103.1.1 LCD控制器原理113.1.2 总体设计结构113.2 触控屏功能模块123.2.1 Avalon-MM Slave接口模块123.2.2 Avalon-MM Master接口模块143.2.3 触控屏时序产生模块153.2.4FIFO帧缓存模块183.3 Modelsim仿真183.3.1 测试原理与波形194基于SOPC触控屏系统硬件设计214.1 开发板简介224.1.1 核心板224.1.2 SDRAM接口224.2 SOPC系统特点与开发流程234.3 SOPC Builde
8、r硬件开发环境254.3.1 SOPC Builder功能254.3.2 SOPC Builder组件254.4 SOPC Builder创建系统模块264.4.1 创建Quartus II工程264.4.2 配置SOPC Builder274.4.3 生成Nios II系统334.5 集成NiosII系统到QuartusII工程334.5.1 创建包含Nios II系统的Quartus II顶层模块344.5.2 FPGA引脚分配及其他设置354.5.3 Quartus II工程的编译并下载355 基于SOPC的触控屏软件设计375.1 NiosII编程375.1.1 HAL系统库375.1
9、.2 Nios II IDE工程结构385.1.3 数据宽度和HAL类型定义395.2 创建C/C+工程395.3 配置工程的系统属性405.4 编译及运行41结 论43致 谢44参考文献45附录A 英文原文46附录B 中文翻译60I1 绪论近年来，随着半导体技术的发展，SOPC （System-on-a-Programmable-Chip），即可编程片上系统。 用可编程逻辑技术把整个系统放到一块硅片上，称作SOPC。可编程片上系统（SOPC）是一种特殊的嵌入式系统：首先它是片上系统（SOC），即由单个芯片完成整个系统的主要逻辑功能；其次，它是可编程系统，具有灵活的设计方式，可裁减、可扩充、可
10、升级，并具备软硬件在系统可编程的功能11。1.1 SOPC BuilderSOPC Builder是Altera公司实现SOPC概念的一款工具软件，使得用户可以通过自定义逻辑的方法方便地开发基于Nios II的SOPC系统。SOPC Builder集成在EDA工具Quartus II中，提供Nios II处理器及一些常用外设接口，用于组建一个在模块级和组件级定义的系统，能够自动生成片外、总线和总线仲裁器等所需的逻辑。基于SOPC的设计在很大程度上依赖于利用集成电路IP(intellectual property)1。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
11、，具有相对独立，并可以重复利用的电路模块或子系统。LCD控制器IP核设计，用硬件描述语言实现控制器的逻辑功能，这种参数化的组件设计具有很强的通用性和兼容性。Nios是Altera公司推出的第二代IP软核处理器，与其它IP核一起构成了SOPC系统的主要部分。SOPC Builder在EDA工具QuartusII中，提供了Nios II处理器及一些常用外设接口，如FLASH、SDRAM控制器、SPI接口、时钟桥、三太桥以及锁相环PLL等，对于一些库中没有提供的模块用户可以定义添加。用户可以通过自定义逻辑的方法在SOPC设计中添加自开发的IP核。定制用户逻辑外设是使用Nios嵌入式软核处理器的SOP
12、C系统的重要特性。本文采用自定义添加TFT触控屏接口驱动定制用户逻辑外设。采用Cyclone III EP3C40F484C6开发板自带触摸屏 (分辨率为800484，可以显示字、彩图等)，利用SPOC Builder中元件编辑器Create New Component，实现了嵌入式Nios II软核处理器与TFT触摸屏显示模块驱动接口的系统设计，并给出了相应的系统硬、软件的流程和主要程序。本设计核心是嵌入式系统的硬件配置、硬件设计、硬件仿真、硬件调试、软件设计、软件调试等。SOPC Builder是Altera Nios嵌入式处理器开发软件包，用于实现Nios II系统的配置、生成；Nios
13、 II IDE，用于进行软件开发、调试及运行。基于Nios II的SOPC系统开发分为硬件开发和软件开发两个流程。硬件开发过程包括由用户定制系统硬件的构建，采用Verilog语言进行SOPC的触控屏接口设计，之后在SOPC软件下添加，然后由计算机完成硬件系统的生成；软件开发则与单片机语言开发一样，在构建的硬件系统之上建立软件设计。利用Quartus II工具，用于完成Nios II系统的综合、硬件优化、适配、编程最后下载到开发板中进行硬件系统测试；在构建的硬件系统之上建立软件设计，利用Nios II软件编写简单的C程序控制触控屏显示简单的图像，验证设计的正确性和可靠性。一般LCD 控制器的中央
14、控制单元都是相同的。因此, 可以通过合理的功能划分, 考虑将中央控制单元设计成IP。有了成熟的中央控制单元, 再配合特定LCD 接口电路和CPU 接口电路, 就可以满足不同的应用需求, 有效地解决重复设计问题，而且SOPC嵌入式设计周期短、效率高并且在以后的生活中应用率高并且有广阔的发展空间。1.2 Verilog HDL语言及Modelsim SE 6.0软件（1）Verilog HDL语言介绍Verilog HDL是一种硬件描述语言，是一种以文本形式来描述数字系统硬件的结构和行为的语言，用它可以表示逻辑电路图、逻辑表达式，还可以表示数字逻辑系统所完成的逻辑功能7。Verilog HDL是一
15、种硬件描述语言，是一种以文本形式来描述数字系统硬件的结构和行为的语言，用它可以表示逻辑电路图、逻辑表达式，还可以表示数字逻辑系统所完成的逻辑功能。在Verilog HDL中有两种基本语句：连续赋值语句，在此表达式中寄存器和线网都可以连续驱动线网，实现基本的结构化建模：过程赋值语句，在此表达式中寄存器和线网都将运算结果存入寄存器，实现基本的行为建模。一个设计通常包含许多模块，每个模块都有一个输入/输出的接口和该模块相应的功能描述。而该功能描述既可以采用结构化的描述方式，也可以采用行为化的描述方式，或者两者的结合。这些模块都被加工到一定的抽象级别，然后通过线网互连4。（2）Modelsim SE 6.0软件介绍Modelsim具备强大的模拟仿真功能，在设计、编译、仿真、测试、调试开发过程中，有一整套工具供你使用，而且操作起来极其灵活，可以通过菜单、快捷键和命令行的方式进行工作。在Modelsim中进行仿真有两种工作方式：工程仿真流程该方式使用工程建立仿真环境，简单、易学、易用，可以方便地借助GUI进行对话时
