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1、精选优质文档-倾情为你奉上昆明理工大学信息工程与自动化学院学生实验报告（ 201201学年 第 学期 ）课程名称：EDA技术 开课实验室： 年 月 日年级、专业、班学号姓名成绩实验项目名称 SOPC设计“hello world”实验指导教师教师评语 教师签名： 年 月 日一、实验目的通过本实验具体学习SOPC 开发流程。二、实验设备1、 带有windows 操作系统，quartusII，niosII 软件的PC 机台。2、 FPGA 实验箱及电源线，下载线。三、实验要求熟悉SOPC 从定制cpu 到nios 软核内程序编写的整个流程。四 实验原理利用QuartusII 中的SOPCbuilde
2、r 来定制cpu，然后配合niosII，来实现一个完整的嵌入式系统功能，这是不同于FPGA 的开发方式。五、实验步骤1、 按照前面实验在QuartusII中建立工程，在TOOLs菜单中选择SOPC Builder，如图 3.1。图3.1 建立工程 新工程名命名为SOPC。 建完这个工程后，首先建一个原理图文件。 File-new-Block Diagram/Schematic File,通过此操作建好一个原理图文件，如图3.2所示。图3.2 建立原理图文件2、 定制CPU，参照上图，有一个图标，点击它打开SOPC builder，打开后，在弹出的界面system name后填写名字，这里写的是
3、cpu，自己可以起其他名字，然后点ok，如图 3.3。图 3.3 SOPC builder 界面1) 构建处理器模块：处理器就是用来做解释程序，运算等操作，图中左栏可以看到，Nios II Processer选项，双击后弹出处理器的属性选项框，我们自己设置参数，来定制所需的处理器，如图 3.4。图 3.4 处理器属性框 这里为我们提供了三种类型的CPU，Nios II/e 占用资源最少600-800LEs，功能也最简单，速度最慢。 Nios II/s 占资源比前者多一些，功能也多了，速度也快一些。 Nios II/f 占资源最多，功能也最多，速度就快。 选择的时候要根据你的需求和你的芯片资源来
4、决定。在这里，我们选择Nios II/e，功能和速度都可以得到满足。 其他的选用默认选项，点击finish， cpu模块就出现在主框区中了，如图3.5。图 3.5 定好的处理器2) 定制on-chip memory：它是用来存储程序的，它的容量比较小，因为我们的“hello world”程序也比较小，所以只要on-chip memory就好了，如果以后写的程序比较复杂，on-chip memory装不下了，我们就要用sdram代替，我们先点击图中菜单中选项，如图 3.6。 图 3.6 on-chip memory 选项位置 点击后像处理器一样，我们先对其属性进行设置，如图 3.7。 图 3.7
5、 on-chip memory 属性框 这里改下内存大小，如图中所示，改好后点finish，如果报错，重新分配一下地址。在上面菜单栏中，选system-auto-assign base addresses，点击它，就自动分好了，我们的memory定制就完成了，如图 3.8。 图 3.8 主框区 观察上图，主框区又多了一项。3) 定制jtag-uart：这是用来调试程序的，通过它，我们的“hello world”就能打在console栏里了，它的位置如图 3.9。 图 3.9 jtag-uart 位置 属性框中都用默认的，点finish，定制好后，看图 3.10。 图 3.10 主框区4) 配置
6、CPU：还有一项重要的工作就是配置cpu memory，点击上图中主框区的cpu_0 后，出现如图 3.11。 图 3.11 memory 配置界面 下面的Reset Vector 是复位后的Memory 类型。 Exception Vector 是异常情况时的Memory 类型。 因为我们只定制了on-chip memory，所以下拉菜单中只有这一项，两个memory 后的白框里都选on-chip memory。 offset不管，点击finish。5) 分配地址：接下来我们要再分配一下地址， 是很好操作的， 回到主框区后， 上面菜单栏中，选system-auto-assign base a
7、ddresses，点击它，就自动分好了。6) 编译：至此，完成了三个模块的定制，它们互相配合就能实现 “hello world”实验了。写好的程序存在on-chip memory中，然后处理器开始解释程序，运行程序，程序运行后，就把“hello world”这句话打在console栏里了。当然，此模块中能定制多种模块。保存后点，开始编译；编译完成后，所定制的CPU就会以原理图的方式展现在我们面前。编译完成后，如图 3.12。 图 3.12 编译完成点击exit。回到quartus界面，如图 3.13。 图 3.13 quartus 原理图输入界面3、 分配引脚，编译工程。将我们定制好的CPU调
8、入上图空白处，双击点击空白处，出现如图 3.14。 图 3.14 所定制cpu 点ok将其调入空白区，如图 3.15。 图 3.15 quartus 界面 这就是定制的CPU，由于定制的模块少，所以看起来很简洁。 下面给它分配管脚，鼠标放在它上面，右键，有个选项是generate pins for symbolports，点击它就分好了。 自动分配的管脚名是和CPU模块上的名字一样的，需要改一下，要想让管脚分配正确，必须保证管脚名和tcl 文件中的一样。 根据tcl文件里的管脚名改原理图中管脚，分别改成clk，rst，如图 3.16。 图 3.16 管脚分配 分配好后，需要run一下tcl文件
9、，首先保证工程文件夹里有一份tcl文件，然后tool-tcl需要 script，点击后如图 3.17。 图 3.17 run tcl 文件 这里有三个tcl 文件，选中用到的那个，点run，管脚就分配好了。 分配好管脚后保存，编译。 编译好后，quartus 中的操作就告一段落了，先把它放在一边。接下来要在niosII中操作。4、 niosII中的操作。打开niosII，如图 3.18。图 3.18 noisII 界面1) 建立工程：这个工程不需要单独的文件夹，默认下就放在了我们在quartus中的工程文件夹中。File-new-protect，点击后，如图 3.19。 图 3.19 创建C
10、文件 点击Next，如图 3.20。 图 3.20 引入ptf 文件 Browse，找到我们工程文件夹里的cpu.ptf 文件，把它导入进来。 这个文件是nios 中工程与quartus 中的cpu 连接的桥梁，两者联系起来才能工作。 选好后，点finish，如图 3.21。 图 3.21 代码区 可见，工程目录区多了几个文件夹，代码区自动装入了一个代码，不是“hello world”。 但是，输出的字都是自己定义的，自己可以改。可把“hello from nios II”改成“hello world”。到时打出的字就变了，其他的一样。 改好后，要进行一些必要的设置，图 3.22为属性配置界面
11、。 图 3.22 属性配置2) 属性配置：选中图 3.22中选项，右键，点击system library properties，出现图 3.23图 3.23 优化设置界面 选中图中蓝色选项，再点击右边general，出现菜单，进行如图 3.24设置。 图 3.24 优化设置 还有一项需要设置，看下图 3.25。图 3.25 优化设置 前两步的设置，是设置优化级别，如果不优化，编译生成的代码就会很大，on-chipmemory 就放不下了，编译时就会报错了。 设置好后，apply-ok。回到主界面，因为给的程序就能用，还不需要自己写程序，下面就要开始编译。3) 编译：鼠标放在hello_word
12、_0 文件夹上，右键，build project，就开始编译了，编译时间较长，需耐心等待。4) 运行：编译好后，就要开始在开发板上运行了，jtag接口上连上下载线，然后按以下步骤进行，首先看软件界面菜单栏，这里点Run，出现下拉菜单，再点另一个Run，出现下面图 3.26。图 3.26 run 设置界面 默认这页会自动设置好，但意外情况下，文件没有自动加进来，还需要自己把文件加进来（通过Browse），设置好后，再点设置下一页，如图 3.27。图 3.27 run 设置界面 设置好后，点击Run。 成功后，如下图 3.28所示。图 3.28 最终结果六、 实验总结 在第前两次实验的基础上进行了SOPC设计，感觉实验的难点并不完全类似于单片机的学习，在于以往觉得复杂的编程上，更重要的是SOPC系统硬件设计流程，不管是添加相应得UART引脚，还是改变开发板上的串口连接线，每一个步骤都要我们熟悉才能更好的完成实验设计。 专心-专注-专业