基于NIOSII软件的流水灯实验

一、实验任务
二、硬件部分设计
- （一）Qsys系统设计
- （二）完成 Qsys 设计的后续工作
- （三）逻辑连接和生成引脚
- （四)芯片引脚设置
- (五)编译
- （六）分配物理针脚
三、软件部分设计
四、项目运行

一、实验任务

学习 Quartus-II 、Platform Designer、Nios-II SBT 的基本操作；初步了解 SOPC 的开发流程，基本掌握 Nios-II 软核的定制方法；掌握 Nios-II 软件的开发流程，软件的基本调试方法。

完成：1) 流水灯显示; 2) 串口循环输出“Hello Nios-II”字符串到笔记本电脑。

二、硬件部分设计

（一）Qsys系统设计

1、打开file->new->Qsys System File
2、保存

3、鼠标放在 clk_0 处点击右键 Edit 或是双击 clk_0 元件，对 Clock 进行时钟设置，设
为为 50M
4、添加CPU和外围器件
① 添加 Nios II 32-bit CPU
在“component library”标签栏中找到“Nios II Processor”后点击 Add（在查找窗口
输出 nios 即可）。
在 Nios Core 栏中选择 Nios II/f 选项，其他保持默认选项

在”Caches and Memory Interfaces”标签栏中保持默认设置（Instruction Cache 选择
4Kbytes）
其他各选项中保持默认设置，然后点击finish
将 nios2_qsys_0 重命名为 cpu，点击”Rename”即可重新命名

将 cpu 的 clk 和 reste_n 分别与系统时钟 clk_0 的 clk 和 clk_reset 相连
② 添加 jtag uart 接口。
在标签栏中的查找窗口输入 jtag
在 JTAG UART-jtag-uart_0 的设置向导中保持默认选项，点击 Finish
将 jtag-uart_0 重命名为 jtag-uart
进行 clk、reset 以及 master-slave 的连线
③ 添加片上存储器 On-Chip Memory(RAM)核

在查找窗口输入 On Chip 找到”On-Chip Memory(RAM or ROM)”后点击 Add
在”Size”栏中的”Total memory size”窗口中输入 40960（即片上内存的大小为 40KB），其余选项保持默认，点击 Finish
将 onchip_memory2_0 改名为 onchip_ram
进行时钟、数据端口、指令端口的连接，完成后如下图所示

④ 添加 PIO 接口
在查找窗口输入 pio 找到”PIO”后点击Add
确定以下选项：Width 为 8bits，Direction 选择 output，其余选项保持默认，点击
Finish
在”Name”列中将pio_0 改名为 pio_led
进行时钟、数据端口、指令端口的连接

⑤ 添加片 System ID Peripheral 核
在查找窗口输入 sys 找到” System ID Peripheral”后点击 Add
保持默认选项，单击 Finish
在”Name”列中将 sysid_qsys_0 改名为 sysid
进行时钟、数据端口的连接

（二）完成 Qsys 设计的后续工作

1、基地址分配：点击主界面菜单栏中的”System”下的”Assign Base Addresses”
完成后”Base”栏将出现不会重复的具体的地址
2、分配中断号：在”IRQ”标签栏下点选”Avalon_jtag_slave”和 IRQ 的连接点就会
为”jtag_uart”核添加一个值为 0 的中断号
3、指定 NIos II 的复位和异常地址：从”System Contents”标签栏
双击建立好的 cpu 进入 Nios II Processor 的配置界面，配置 Reset Vector 和 Exception Vector 为””onchip_ram.s1”，点击 Finish

完成后会自动连接所有复位端口
最终连接图
4、生成 Qsys 系统：点选”Generation HDL”标签栏中 Generate 按
钮生成 Qsys 系统
在弹出的窗口中点击save

完成后
5、在原理图(BDF)文件中添加 PD 生成的系统符号
新建一个block…/…file

在name输入框内输入kernel
6、加入 Quartus II IP File 文件，为了以后编译成功

点击 Assignments-Settings，添加 kernel.qip 文件

（三）逻辑连接和生成引脚

1、逻辑连接。开发板晶振为 50M，与系统默认一致，因此，这里我们不需要修改
2、在 kernel 模块内点击鼠标右键选取 Generate Pin for Symbol Ports 生成管脚

3、将管脚”inclk0”改名为 clock，管脚”reset_reset_n”改名为 reset_n，
管脚 out_led_export[7…0]改为 out_led[7…0]

（四)芯片引脚设置

1、菜单里选择 Assignments-device，然后如下图所示点击 Device pin options
2、进行 unused pin 设置，可能会收到外部信号的干扰，将未用引脚设置为 As
input tri-stated
3、特殊引脚设置，设置为常规引脚

(五)编译

编译过程中若出现can’t fit design in device可以尝试修改设备

（六）分配物理针脚

打开pin planner
管脚名称分配：
设置完成后，回到主界面再次编译

三、软件部分设计

1、打开 Nios II SBT for Eclipse
2、启动 Workspace 选择当前的项目目录，点 OK

3、创建工程
建立新的软件应用
点击后出现下图，在”SOPC Information File name”窗口中选择 kernel.sopcinfo
文件，以便将生成硬件配置信息和软件应用关联，CPU 栏会自动选择”CPU”。在”Project
name”输入”hello_world,”Project template”选择 Hello_World。点击 Finish。
4、修改自动生成的程序代码：

#include "system.h"
#include "altera_avalon_pio_regs.h"
#include "alt_types.h"
const alt_u8
led_data[8]={0x01,0x03,0x07,0x0F,0x1F,0x3F,0x7F,0xFF};
int main (void) {int count=0;alt_u8 led;volatile int i;while (1){ if (count==7){count=0;}else{count++;}led=led_data[count];IOWR_ALTERA_AVALON_PIO_DATA(PIO_LED_BASE, led);i = 0;while (i<500000)i++;}return 0;
}

5、编译工程

6、编译工程
编译完成后：

四、项目运行

1、配置 FPGA
（1）配置FPGA连接 JTAG 到开发板，确定 A.已正确安装驱动。B. 防火墙不会影响到 JTAG
的正常工作。最后给开发板上电。
（2）如下图所示，启动 Quartus Prime Programmer。

添加下载文件。然后点击 Start 开始下载，下载成过后关闭，回
到 Eclipse 主机面

2、配置 Run Configurations，转到”Target Connection”标签栏，点击右侧的 Refresh Connections 将 USB-Blaster 加入

Apply 后，Run。下载完成后，可以看见 Console 里打印信息“hello from Nios II！

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