FPGA 之 SOPC 系列（六）Nios II 程序开发 II

今天给大侠带来今天带来FPGA 之 SOPC 系列第六篇，Nios II 程序开发 II，希望对各位大侠的学习有参考价值，话不多说，上货。

本篇接着第五篇继续介绍NIOS II的寄存器级编程方式，以该方式的定时器的编程实例应用。

以下为本篇的目录简介：

6.1 项目文件的管理
6.2 寄存器级编程
6.3 定时器应用

6.1 项目文件的管理

每个C工程中，可以以功能为依据对源文件迕行文件夹分类。文件夹不可以出现空格、除英文字母、数字、下划线外的字符；更不允许出现汉字等非 ASCII码字符。例如某个工程可以划分为如下文件夹：

doc 说明文档
config 系统相关配置文件夹（系统参数配置、编译器、连接器配置文件等）
driver 硬件驱动文件夹（包括芯片驱动、cpu外设驱动等）
font 字体驱动
Gui 图形界面驱动
main 主程序
include 头文件
obj 编译后的目标文件

功能划分应以逻辑清晰、层次关系明显为目的。一旦划分好后，不可越级调用系统资源（例如只有driver内文件内直接操作硬件资源，其他文件夹代码均不可调用最底层硬件资源）。也不要互相调用而使系统资源很快耗尽

文件一旦建立，就需在文件头说明文件目的、版权及历史记录，每次修改后必须记录。工程完工或者是间歇性搁置时，需要对所有工程文件夹、文件进行只读属性设置及当前状态设置。对源代码最好做到每天一备份，以防意外篡改及丢失，以备恢复之用。

6.2 寄存器级编程

例：点亮LED的例子转换新的编程方式

第一步，按照上述的文件管理方式，建立一个放置头文件的文件夹，命名为inc, 在工程文件夹上点击右键，然后点击NEW中的SOURCE FOLDER。

下一步，在红圈处输入inc,点击finish，完成文件夹建立。

下一步，在这个新建的文件夹下建立一个头文件，方法如下图所示，在inc上点击右键，然后点击NEW中的header file，输入sopc.h。

打开刚才建立的头文件，补充完代码后如下：

#ifndef SOPC_H_ #define SOPC_H_ #include "system.h" #define _LED 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_PIO_BASE) #endif #endif /*SOPC_H_*/

其中定义了一个结构体，这个结构体被指向了LED_PIO_BASE，查相关手册， n2cpu_Embedded Peripherals.pdf。

这两个表格就是PIOCORE寄存器映射，我们这个结构体啊就是根据它写出来的，名字不重要，重要的是顺序，也就是偏移量。第一项是数据DATA，第二项是IO口方向，第三项是中断控制位，第四项是边沿控制位。他们每一项都有N位，这个N就是我们在软件构建中的宽度，这个时候我们这里的N等于几？

#define LED ((PIO_STR *)LED_PIO_BASE)
它就是怎么把我们定义的结构体给勾上LED设备的。记得LED_PIO_BASE，它就是我们在SYSTEM.H中特别强调的。定义了一个宏，命名为LED，它是指向LED_PIO_BASE的结构指针，这个结构就是PIO_STR.
#define _LED
#ifdef _LED
#endif
意思是为了控制定义#define LED ((PIO_STR *)LED_PIO_BASE)的，这样做是为了增强代码的严谨性和可控制性。

把之前的模板文件hello_world.c名字改为main.c并将它放到main文件夹中，右击rename后，选中main.c右击鼠标move后，选中main文件夹就ok了。

#include <stdio.h> #include <unistd.h> #include "../inc/sopc.h" int main (void) __attribute__ ((weak, alias ("alt_main"))); int alt_main() { int i; while (1) { for(i=0;i<4;i++){ LED->DATA =1<<i; usleep(500000); } } return 0; }

LED->DATA =1<<i;LED是在SOPC.H中定义的宏，是结构体指针，它的结构体中DATA的内容（不是地址）。这里的usleep是微秒级延时的。

总结一下：

文档的归类管理。
Sopc.h定义来源是相关外设的文档寄存器。
操作定义好的外设结构体变量编程。

并不是，要看什么要的外设，想FLASH这种外设，采用这种方式的话，累死你，我们就直接可以使用API来写就行了。这种方式对我们了解nios的本质是很有帮助的。

6.3 定时器应用

概览

该时间计数器是一个为诸如NIOS II 等基于Avalon架构的处理器设计的时间计数器。该计数器有如下特点：

（1）32位和64位计数；

（2）具有计数开始、计数停止、和复位计数器功能；

（3）两种技术模式：单次计数、连续计数；

（4）计数周期寄存器；

（5）当计数器计数到0时，可以选择使能或者禁止触发中断（IRQ）；

（6）可选作为看门狗，产生系统复位；

（7）可选产生周期脉冲，当计数器计数到0时；

（8）可用于32位或者16位处理器中。如16位的NIOS和32位的NIOS II。

Interval TimerCore 功能描述

（1）Avalon-MM提供可对6个16位寄存器操作的功能；

（2）可选周期脉冲输出。

所有的寄存器都是16位宽度的，因此可适应于16位或者32位处理器。若该核被配置为一个固定的周期，那么，周期寄存器就不存在。

计数周期（Timeout Period）

计数周期决定了周期计数器值。当使能可写周期（Writeableperiod），处理器可以通过写周期计数器（ period registers）改变计数器值。或者当禁止可写周期（Writeableperiod），周期计数器（period registers）不可经过处理器的写操作而改变；此时周期计数器只能是一个不可改变的固定周期计数值。Interval Timer Core的计数周期是系统时钟周期的整数倍。实际的时钟周期读者可以这样求。

（1）求出系统的时钟。指驱动Interval Timer Core的时钟。一般与NIOS II 时钟一致。

（2）将周期计数器里面高16位和低16位的值乘与时钟时期即得计数周期。

计数大小（Counter Size）

该设定决定了计数器的位宽。可以设定为32位或者64位。32位位宽的计数器包含有2个16位的寄存器；而64位位宽的计数器包含有4个16位宽的寄存器。该设定同样应用至snap单元。

硬件选项

（1）Simple periodic interrupt—该设定用于只需要一个带有中断(IRQ)的计数器。该方式下，计数周期是固定不可软件更改的，且计数不能停止但中断（IRQ）可禁止。

（2）Full-featured—该配置适用于一个可被处理器更改，可变计数周期，且其开始、停止均可被更改的计数器。

（3）Watchdog—适用于系统需要看门狗的情况。当系统停止响应，该配置能使系统复位。

寄存器（registeregister）设定说明

（1）Writeable period——当选中此项，则主外设（NIOS II）可通过写周期寄存器（period registers）达到修改计数周期的目的。若未选中此项，则计数周期被确定为（Timeout Period），不可更改；同时周期寄存器（period registers）不再存在。

（2）Readable snapshot——当选中此项，则主外设（NIOS II ）可以读取当前计数值。若未选中此项，则主外设只能依靠查询状态寄存器（status register）或者中断（IRQ）标志来得知计数状态；此时（snap registers）并不存在，读取该寄存器会有不确定的数值。

（3）Start/Stop control bits——当选中此项，则主外设（ NIOS II ）可以通过写控制寄存器（control register）来启动、停止计数器。若未选中此项，则计数器默认为连续计数模式。值得注意的是，当系统看门狗复位（System reset on timeout (watchdog)）是使能状态，则控制寄存器（control register）中的（start）位被置位，而不管Start/Stop 控制位的状态。

信号输出选项

（ 1 ） Timeout pulse (1 clock wide) — — 当选中该项，则计数器产生一个信号端口（timeout_pulse），该信号端口在计数器减计数至0时产生一个系统时钟周期的高电平。若未选中该项，则计数器不产生该信号端口。

（2）System reset on timeout (watchdog)——当选中该项，则计数器产生一个复位信号端口（resetrequest port）该信号在计数器减计数至0时产生一个系统时钟周期的高电平。若未选中该项，则该信号端口不存在。

配置计数器为看门狗

若要使用看门狗，则应作如下选择。

（1）presets：选择Watchdog；

（2）Timeout Period修改成所需要的时间

（3）Writeable period禁止；

（4）Readable snapshot禁止；

（5）Start/Stop control bits禁止；

（6）Timeout pulse禁止；

（7）System reset on timeout (watchdog)使能。

复位之后看门狗是禁止的。随后，处理器往控制寄存器（control register）的START位写1。开启看门狗计数器。看门狗一旦开启，就不能结束。为了不使系统复位，处理器应该定时地复位计数值。

Interval Timer Core 软件编写

状态寄存器（status Register Bits）

TO——当计数器减计数到0时，置1。一旦置1，则必须由主外设（NIOS II）清0；

RUN——当计数器在计数运行时，RUN=1；否则RUN=0。写RUN对值无影响。

控制寄存器（control register）

ITO——当ITO=1时，计数器会产生中断。反之则反。

CONT——若COUNT=1则计数器计数到0连续计数，知道STOP=1；若COUNT=0则计数器计数到0时，停止计数。

START——写1到START则使计数器开始计数。当计数器正在计数运行，则写START无效。

STOP——写1到STOP则使计数器停止计数。若计数器已经停止计数，则写STOP无效。当SOPC配置为Start/Stop control bits为关闭，则写STOP无效。

中断（IRQ）

当计数器减计数到0时并且控制寄存器（congtrol register）ITO位被置1，则可产生定时器中断。

处理中断应用以下两种方式之一：

（1）清除状态寄存器（status register）的TO位；

（2）清除控制寄存器（congtrol register）ITO位，禁止中断。否则会产生不确定结果。

实例程序

/**//************************ 定时器中断注册初始化函数*****************************/ void InitInterrupt() { //----------------------------定时器中断,系统时钟66.7MHz-------------------- ------// alt_irq_register(TIMER_IRQ,NULL,Timer_interrupts); //注册中断函数 IOWR_ALTERA_AVALON_TIMER_PERIODH(TIMER_BASE, 0x000A); IOWR_ALTERA_AVALON_TIMER_PERIODL(TIMER_BASE, 0x2C2A);//修改定时时间10ms IOWR_ALTERA_AVALON_TIMER_CONTROL(TIMER_BASE, 7); //启动定时器允许中断，连续计数 } /**//*************************定时器中断服务函数*****************************/ void Timer_interrupts(void* context, alt_u32 id) { /**//***************************服务代码**************/ /**//**********************退出时清状态寄存器***********/ IOWR_ALTERA_AVALON_TIMER_STATUS(TIMER_BASE, 0); //清状态寄存器 } typedef struct{ union{ struct{ volatile unsigned long int TO :1; volatile unsigned long int RUN :1; volatile unsigned long int NC :30; }BITS; volatile unsigned long int WORD; }STATUS; union{ struct{ volatile unsigned long int ITO :1; volatile unsigned long int CONT :1; volatile unsigned long int START :1; volatile unsigned long int STOP : 1; volatile unsigned long int NC :28; }BITS; volatile unsigned long int WORD; }CONTROL; volatile unsigned long int PERIODL; volatile unsigned long int PERIODH; volatile unsigned long int SNAPL; volatile unsigned long int SNAPH; }TIMER;

FPGA 之 SOPC 系列第六篇就到这里结束，下一篇将带来第七篇，NIOS II 高级技术等相关内容。

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完

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江湖偌大，继续闯荡，愿大侠一切安好，有缘再见！

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