第一章准备

1.1 安装软件

《Altera De1-SoC培训教材》中的环境

quartus 13.1
embedded command shell 13.1
我所用的linux是de1soc_lxde_1604

1.1.1下载链接 **

[1] 培训教材.https://pan.baidu.com/s/1uFRa-5kuf9m_q_UyVIRS4A
[2] Quartus下载. https://www.altera.com.cn/downloads/download-center.html
[3] DE1-SoC Board资源.https://www.terasic.com.tw/cgi-bin/page/archive.pl?Language=Taiwan&CategoryNo=173&No=869&PartNo=4
[4] Quartus 13.1 crack. https://pan.baidu.com/s/1xKbBXYKyD2_76tdNFyC9Sg

1.1.2 Embedded command shell出现问题

打开”~\altera\13.1\embedded”路径下的Embedded_Command_Shell.bat文件，出现两个warning

WARNING: DS-5 install not detected in /cygdrive/d/altera/13.1/embedded/ds-5. SoC EDS may not function correctly without an embedded DS-5 install.
find_fast_cwd: WARNING: Couldn’t compute FAST_CWD pointer

解决方法

打开同路径下的ds-5_installer，在同路径下安装ds-5。注意ds-5在ECS 13.1环境下需要安装在同路径下，否则shell无法找到
出现这个错误是embedded中的host_tools中cygwin版本过低，为1.7，应下载高版本如2.0。

1.2 驱动安装

开发板接通电源后，有两根线可以用来de1-soc与计算机连接

USB-Blaster II。用于配置FPGA与HPS Debug。在quartus安装目录~\altera\13.1\quartus\drivers\usb-blaster-ii\路径下寻找驱动
UART-to-USB。用于计算机与HPS通信。在《培训教材实验包》的tool\drivers\USB2UART_driver中寻找驱动

1.3 在DE1-SOC上运行Linux

1.3.1 电脑串口设置

使用串口终端工具putty与DE1-SOC连接。

如图保存设置后，打开开发板电源，点击putty中的open。注意串口不一定是COM3，要使用设备管理器查看

1.3.2 制作microSD card Image

使用tool工具包中Win32DiskImager将linux镜像刻录到microSD卡（4G以上）上

1.3.3 运行Linux

将刻录了Linux的SD卡插入开发板上microSD card的插槽上，打开开发板电源。
打开putty，load de1-soc_usb，点击open。
若putty没有反应，按下enter键，若开发板启动正常，应出现用户名输入。用户名为root，密码在下载的Linux镜像文件夹中找，是readme.txt。

1.3.4 计算机与开发板上linux进行数据传输

1. U盘传输

电脑中的文件拷贝到U盘中
U盘插到DE1-soc的USB接口，1、2均可
输入命令mount –t vfat /dev/sda1 /mnt，将U盘挂载到开发板上
拷贝命令 cp /mnt/test.doc /home/root/test.doc将test.doc复制到root路径下

2. ftp传输

安装计算机文件传输工具filezilla或winscp
开发板插入网线
检查linux中curl版本 curl –v/–version
写登陆网络的脚本
保存为connect.sh，然后chmod 777 conncect.sh。运行./connect.sh，连接校园网。
若./connect.sh | iconv –f gbk –t utf-8出现”连接成功”字样，说明连接成功。
注意，如果是使用校园网登陆，不能固定ip。

网络登陆脚本connect.sh


#!/bin/bash
USERID=20**********
PASSWORD=20**********
echo login
curl ‘https://connect.cuc.edu.cn/action.jsp’ –data “act=1&userid=$USERID&passwd=$PASSWORD”

注意

使用SSH安全登录开发板，用到了SSH密匙。 putty和filezilla均通过密匙登录开发板。
之后filezilla可以传输文件了。

第二章 de1-soc硬件实验

2.1 Qsys生成HPS及FPGA所需文件

通过Quartus 中的设计工具Qsys选择设计所需的硬件模块，定义Soc FPGA系统的硬件架构。原本是需要同时设计好HPS和FPGA两个部分，但HPS部分原则上只要修改de1_soc_training\lab\HW中的DE1_Soc_GHRD项目即可。FPGA部分，如LED/Button PIO组件，可自己手动添加。
generate生成Qsys系统。它生成了可以被Quartus编译的HDL文件。

2.2 Quartus生成FPGA所需的.soc文件，下载并测试。

assignments-settings中增加soc_system.qip和soc_system_timing.sdc
修改ghrd_top.v中soc_system u0模块中led_pio_external_connection_export(LEDR)/button_pio_external_connection_export(KEY)
analysis and synthesis
打开tools-tcl script，选择hps_sdram_p0_pin_assignments.tcl，然后run
complication
下载.soc置de1-soc中
根据培训教材测试

2.3 Qsys生成的供SoC系统开发的文件

SOPC info file（.sopcinfo）：文档用于生成Device Tree
Handoff Folder：里面有关于产生preloader相关配置文件【暂时用不到】
System View Descr（.svd）：用户DS-5 debug功能【暂时用不到】

解释

Device Tree：Device Tree由一系列被命名的结点（node）和属性（property）组成，而结点本身可包含子结点。所谓属性，其实就是成对出现的name和value。https://blog.csdn.net/21cnbao/article/details/8457546
preload：将目标文件加入RAM中，系统启动更快
DS-5：调试用，基本用不到

2.3.1 生成preloader image file过程【软件实验中没有用到】

使用soc eds目录中的embedded command shell.bat启动bsp-editor
选择handoff\soc_system_hps_0文件夹中的配置，则系统在工程内产生software文件夹，并产生settings.bsp文件。
按下bsp-editor的generate按钮，生成preloader的原始文档以及makefile。文档存放位置为software\spl_bsp\generated文件夹下
然后使用embedded command shell.bat进入software\spl_bsp文件夹，make生成u-boot-spl和u-boot-spl.bin两个文件，前者是可执行文件preloader elf file，后者是二进制文件preloader binary file，两个文件在DE1_SoC_GHRD\software\spl_bsp\uboot-socfpga\spl文件夹下.
最后将u-boot-spl.bin复制到software\spl_bsp文件夹下，shell到该路径，输入指令mkpimage –o preloader_with_header.img u-boot-spl.bin生成preloader_with_header.img文件。

2.3.1 生成Device Tree

在软件实验三种用到了SOPC info file（.sopcinfo）

第三章软件实验一

目标：在DE1-SoC上输出“Hello World\n”
文件：
main.c

#include <stdio.h>
int main(int argc, char **argv)
{printf("hello world\n");return 0;
}

Makefile

TARGET = my_first_hpsCROSS_COMPILE = arm-linux-gnueabihf-
CFLAGS = -g -Wall -I $(SOCEDS_DEST_ROOT)/ip/altera/hps/altera_hps/hwlib/include
LDFLAGS = -g -Wall
CC = $(CROSS_COMPILE)gcc
ARCH = armbuild: $(TARGET)$(TARGET): main.o$(CC) $(LDFLAGS) $^ -o $@
%.o : %.c$(CC) $(CFLAGS) -c $< -o $@.PHONY: clean
clean:rm -f $(TARGET) *.a *.o *~

编译运行步骤：

使用embedded command shell.bat编译，在main.c和Makefile的路径下输入命令“make”，生成了my_first_hps文件
将my_first_hps通过网络/U盘放入DE1-SoC linux系统中
使用命令“chmod 777 my_first_hps”将my_first_hps改为可执行文件
输入命令“./my_first_hps”，可看到putty屏幕输出“hello world”

第四章软件实验二

本实验与实验一相同，只用到DE1-SoC的HPS部分。只需在embedded command shell.bat中使用两个文件*.c和Makefile生成可执行文件，将文件传输到linux系统中并改成可执行文件，即可运行。

4.1. 目标

控制HPS的LED和KEY。运行可执行文件后，HPS的LED会先闪烁两次。之后按下HPS的KEY，LED亮起，否则熄灭。

4.2. 原理

通过linux内核memory-mapped device访问GPIO控制器。

4.3. 软件API

可以通过如下软件 API 访问 GPIO 控制器的寄存器

* open: 打开内存映射设备驱动
* mmap: 映射物理地址到用户空间
* alt_read_word: 从指定寄存器读取一个值
* alt_write_word: 写入一个值到指定寄存器
* munmap:清除内存映射
* close:关闭设备驱动

通过一些宏访问寄存器

* alt_setbits_word：设定制定寄存器的指定位为1
* alt_clrbits_word：设定制定寄存器的指定位为0

4.4. 关键命令

配置LED引脚为输出引脚

alt_setbits_word( (virtual_base + ( ( uint32_t )( ALT_GPIO1_SWPORTA_DDR_ADDR ) & ( uint32_t)( HW_REGS_MASK ) ) ), USER_IO_DIR );

点亮LED

alt_setbits_word( (virtual_base + ( ( uint32_t )( ALT_GPIO1_SWPORTA_DR_ADDR ) & ( uint32_t)( HW_REGS_MASK ) ) ), BIT_LED );

读取KEY值

alt_read_word( ( virtual_base + ( ( uint32_t )( ALT_GPIO1_EXT_PORTA_ADDR ) & ( uint_t )( HW_REGS_MASK ) ) ) );

4.5. 代码

main.c

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/mman.h>
#include "hwlib.h"
#include "socal/socal.h"
#include "socal/hps.h"
#include "socal/alt_gpio.h"#define HW_REGS_BASE ( ALT_STM_OFST )
#define HW_REGS_SPAN ( 0x04000000 )
#define HW_REGS_MASK ( HW_REGS_SPAN - 1 )#define USER_IO_DIR     (0x01000000)
#define BIT_LED         (0x01000000)
#define BUTTON_MASK     (0x02000000)int main(int argc, char **argv) {void *virtual_base;int fd;uint32_t  scan_input;int i;      // map the address space for the LED registers into user space so we can interact with them.// we'll actually map in the entire CSR span of the HPS since we want to access various registers within that spanif( ( fd = open( "/dev/mem", ( O_RDWR | O_SYNC ) ) ) == -1 ) {printf( "ERROR: could not open \"/dev/mem\"...\n" );return( 1 );}virtual_base = mmap( NULL, HW_REGS_SPAN, ( PROT_READ | PROT_WRITE ), MAP_SHARED, fd, HW_REGS_BASE );if( virtual_base == MAP_FAILED ) {printf( "ERROR: mmap() failed...\n" );close( fd );return( 1 );}// initialize the pio controller// led: set the direction of the HPS GPIO1 bits attached to LEDs to outputalt_setbits_word( ( virtual_base + ( ( uint32_t )( ALT_GPIO1_SWPORTA_DDR_ADDR ) & ( uint32_t )( HW_REGS_MASK ) ) ), USER_IO_DIR );printf("led test\r\n");printf("the led flash 2 times\r\n");for(i=0;i<2;i++){alt_setbits_word( ( virtual_base + ( ( uint32_t )( ALT_GPIO1_SWPORTA_DR_ADDR ) & ( uint32_t )( HW_REGS_MASK ) ) ), BIT_LED );usleep(500*1000);alt_clrbits_word( ( virtual_base + ( ( uint32_t )( ALT_GPIO1_SWPORTA_DR_ADDR ) & ( uint32_t )( HW_REGS_MASK ) ) ), BIT_LED );usleep(500*1000);}printf("user key test \r\n");printf("press key to control led\r\n");while(1){scan_input = alt_read_word( ( virtual_base + ( ( uint32_t )(  ALT_GPIO1_EXT_PORTA_ADDR ) & ( uint32_t )( HW_REGS_MASK ) ) ) );      //usleep(1000*1000);if(~scan_input&BUTTON_MASK)alt_setbits_word( ( virtual_base + ( ( uint32_t )( ALT_GPIO1_SWPORTA_DR_ADDR ) & ( uint32_t )( HW_REGS_MASK ) ) ), BIT_LED );else    alt_clrbits_word( ( virtual_base + ( ( uint32_t )( ALT_GPIO1_SWPORTA_DR_ADDR ) & ( uint32_t )( HW_REGS_MASK ) ) ), BIT_LED );}   // clean up our memory mapping and exitif( munmap( virtual_base, HW_REGS_SPAN ) != 0 ) {printf( "ERROR: munmap() failed...\n" );close( fd );return( 1 );}   close( fd );return( 0 );
}

Makefile

#
TARGET = hps_gpio#
CROSS_COMPILE = arm-linux-gnueabihf-
CFLAGS = -g -Wall  -I ${SOCEDS_DEST_ROOT}/ip/altera/hps/altera_hps/hwlib/include
LDFLAGS =  -g -Wall
CC = $(CROSS_COMPILE)gcc
ARCH= armbuild: $(TARGET)$(TARGET): main.o $(CC) $(LDFLAGS)   $^ -o $@ %.o : %.c$(CC) $(CFLAGS) -c $< -o $@.PHONY: clean
clean:rm -f $(TARGET) *.a *.o *~

4.6. 编译运行步骤

同软件实验一，使用embedded command shell.bat编译，在main.c和Makefile的路径下输入命令“make”，生成了hps_gpio文件
将hps_gpio通过网络/U盘放入DE1-SoC linux系统中
使用命令“chmod 777 hps_gpio”将hps_gpio改为可执行文件
输入命令“./ hps_gpio”，可看到开发板上属于HPS的LED灯先闪烁两次，然后按下HPS的按钮可以控制LED亮灭

第五章软件实验三

本章实现HPS与FPGA交互。

5.1 目标

使用HPS控制FPGA的10颗LED灯闪烁60次

5.2 原理

FPGA端的PIO控制器pio_led连接到HPS/ARM lightweight axi bridge，获得在HPS/ARM总线上的物理地址空间。linux通过内核memory-mapped device驱动访问PIO控制器pio_led的寄存器物理地址，从而控制pio_led【同软件实验二】

5.3 过程

5.3.1 生成HPS头文件hps0.h

与硬件实验的步骤相同，建Quartus工程，使用Qsys生成SOPC info file（.sopcinfo）文件，该文件存放在Quartus工程的目录下
在Quartus工程路径下编写文件generate_hps_qsys_header.sh。该脚本用来生成hps头文件hps0.h。
打开embedded command shell，到Quatus工程路径下，输入命令”./generate_hps_qsys_header.sh”，生成hps头文件

generate_hps_qsys_header.sh

#!/bin/sh
export PATH=$PATH:/cygdrive/d/altera/quartus13.1/quartus/sopc_builder/bin
sopc-create-header-files "./soc_system.sopcinfo" --single hps_0.h --module hps_0

5.3.2 生成HPS可执行文件

注意hps0.h和main.c及Makefile在一个文件夹中
main.c

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/mman.h>
#include "hwlib.h"
#include "socal/socal.h"
#include "socal/hps.h"
#include "socal/alt_gpio.h"
#include "hps_0.h"#define HW_REGS_BASE ( ALT_STM_OFST )
#define HW_REGS_SPAN ( 0x04000000 )
#define HW_REGS_MASK ( HW_REGS_SPAN - 1 )int main() {void *virtual_base;int fd;int loop_count;int led_direction;int led_mask;void *h2p_lw_led_addr;// map the address space for the LED registers into user space so we can interact with them.// we'll actually map in the entire CSR span of the HPS since we want to access various registers within that spanif( ( fd = open( "/dev/mem", ( O_RDWR | O_SYNC ) ) ) == -1 ) {printf( "ERROR: could not open \"/dev/mem\"...\n" );return( 1 );}virtual_base = mmap( NULL, HW_REGS_SPAN, ( PROT_READ | PROT_WRITE ), MAP_SHARED, fd, HW_REGS_BASE );if( virtual_base == MAP_FAILED ) {printf( "ERROR: mmap() failed...\n" );close( fd );return( 1 );}h2p_lw_led_addr=virtual_base + ( ( unsigned long  )( ALT_LWFPGASLVS_OFST + PIO_LED_BASE ) & ( unsigned long)( HW_REGS_MASK ) );// toggle the LEDs a bitloop_count = 0;led_mask = 0x01;led_direction = 0; // 0: left to right directionwhile( loop_count < 60 ) {// control led,  add ~ because the led is low-active*(uint32_t *)h2p_lw_led_addr = ~led_mask; // wait 100msusleep( 100*1000 );// update led maskif (led_direction == 0){led_mask <<= 1;if (led_mask == (0x01 << (PIO_LED_DATA_WIDTH-1)))led_direction = 1;}else{led_mask >>= 1;if (led_mask == 0x01){ led_direction = 0;loop_count++;}}} // while// clean up our memory mapping and exitif( munmap( virtual_base, HW_REGS_SPAN ) != 0 ) {printf( "ERROR: munmap() failed...\n" );close( fd );return( 1 );}close( fd );return( 0 );
}

Makefile

#
TARGET = my_first_hps-fpga#
CROSS_COMPILE = arm-linux-gnueabihf-
CFLAGS = -static -g -Wall  -I${SOCEDS_DEST_ROOT}/ip/altera/hps/altera_hps/hwlib/include
LDFLAGS =  -g -Wall
CC = $(CROSS_COMPILE)gcc
ARCH= armbuild: $(TARGET)
$(TARGET): main.o $(CC) $(LDFLAGS)   $^ -o $@
%.o : %.c$(CC) $(CFLAGS) -c $< -o $@.PHONY: clean
clean:rm -f $(TARGET) *.a *.o *~

5.3.3 编译运行

embedded command shell.bat生成文件my_first_hps-fpga，放入Linux中
编译Quartus工程，将.soc文件下载到DE1-soc中
可以观察到FPGA的10颗LED闪烁60次

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第一章准备

1.1 安装软件

1.1.1下载链接 **

1.1.2 Embedded command shell出现问题

1.2 驱动安装

1.3 在DE1-SOC上运行Linux

1.3.1 电脑串口设置

1.3.2 制作microSD card Image

1.3.3 运行Linux

1.3.4 计算机与开发板上linux进行数据传输

1. U盘传输

2. ftp传输

第二章 de1-soc硬件实验

2.1 Qsys生成HPS及FPGA所需文件

2.2 Quartus生成FPGA所需的.soc文件，下载并测试。

2.3 Qsys生成的供SoC系统开发的文件

2.3.1 生成preloader image file过程【软件实验中没有用到】

2.3.1 生成Device Tree

第三章软件实验一

第四章软件实验二

4.1. 目标

4.2. 原理

4.3. 软件API

4.4. 关键命令

4.5. 代码

4.6. 编译运行步骤

第五章软件实验三

5.1 目标

5.2 原理

5.3 过程

5.3.1 生成HPS头文件hps0.h

5.3.2 生成HPS可执行文件

5.3.3 编译运行

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1.3.2 制作microSD card Image

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1. U盘传输

2. ftp传输

第二章 de1-soc硬件实验

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2.2 Quartus生成FPGA所需的.soc文件，下载并测试。

2.3 Qsys生成的供SoC系统开发的文件

2.3.1 生成preloader image file过程【软件实验中没有用到】

2.3.1 生成Device Tree

第三章 软件实验一

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4.1. 目标

4.2. 原理

4.3. 软件API

4.4. 关键命令

4.5. 代码

4.6. 编译运行步骤

第五章 软件实验三

5.1 目标

5.2 原理

5.3 过程

5.3.1 生成HPS头文件hps0.h

5.3.2 生成HPS可执行文件

5.3.3 编译运行

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