基于FPGA軟核，定制你的SoC

打造自己的CPU,自己的System On Chip!
本文以Step by step的方式Guide You來定制你自己的NIOS-II軟核SoC,并創(chuàng)建C語言的流水燈測試程序，運(yùn)行在自己做的CPU系統(tǒng)上。
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軟件：
Quartus II 12.0,? Nios II 12.0 Software Build Tools For Eclipse. （在安裝Quartus II時(shí)，所需軟件 一起安裝。）
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硬件：

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FPGA跑起Linux, UCOS-II等RTOS,是可行的，據(jù)相關(guān)人士的測試數(shù)據(jù)該軟核在FPGA上性能介入ARM7-ARM9.
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一，詳細(xì)步驟定制
1，? 打開Quartus II 并且新建一個(gè)空的工程。
File -> New Project Wizard

Click the Next button.

Click Next.

選擇與開發(fā)板對應(yīng)的FPGA芯片。Click Next

Click Next.

最后Finish. 如下圖：

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2，? 使用SOP Builder 工具來生成自己的軟核
Tools->SOP Builder

Click OK, if Qsys 提示.
從左邊Panel的Tree 里選擇Nios Processor
雙擊Processors->Nios Processor

Reset?Vector是復(fù)位后啟動時(shí)的Memory類型和偏移量?Exception?Vector是異常情況時(shí)的Memory類型和偏移量。?現(xiàn)在還不能配置，需要RAM設(shè)置好以后才能修改這里.
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一路點(diǎn)擊Next，最后Finish.

接下面我們要添加片內(nèi)RAM?選擇左邊目錄樹下的?
Memories?and?Memory?Controllers?->??On-Chip?->???On-Chip?Memory?(RAM?or?ROM)?

本例中我只使用1024bytes.
接下來建立一個(gè)SystemID?
System?ID就是一種標(biāo)示符，類似校驗(yàn)和的這么個(gè)東西，在你下載程序之前或者重啟之后，都會對它進(jìn)行檢驗(yàn)，以防止錯(cuò)誤發(fā)生。?
在左邊窗口的Peripherals->?
?????Debug?and?performance?->????????System?ID?Peripheral?雙擊System?ID?Peripheral

接下來創(chuàng)建JTAG?UART??
首先????JTAG?UART是實(shí)現(xiàn)PC和Nios?II系統(tǒng)間的串行通信接口，它用于字符的輸入
輸出，在Nios?II的開發(fā)調(diào)試過程中扮演了重要的角色，接下來我們開始建立它的模塊。??選擇sopc?builder主窗口左邊??Interface?Protocols->????Serial->??JTAG?UART

接下來要添加一個(gè)PIO模塊(Parallel?I/O)

其中Width?表示要建立的PIO寬度是多少，我們的板上有8個(gè)LED，選擇寬度為8，Direction復(fù)選框中表示要建立的PIO的方向，分別表示???Bidirectional(tristate)?ports??(雙向三態(tài)口)???Input?ports?only????(僅僅作為輸入口)???Both?input?and?output?ports?(作為輸入和輸出口)???Output?ports?only???(僅僅作為輸出口)?
??在本實(shí)驗(yàn)中，將要實(shí)現(xiàn)的是點(diǎn)亮LED，所以這個(gè)新建的PIO采用Output?ports?only(僅輸出口)方式
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查看配置的結(jié)果：

重命名系統(tǒng) 內(nèi)組件。

雙擊cpu并設(shè)置內(nèi)存

點(diǎn)擊 Finish.
??執(zhí)行System菜單上的Auto-Assign?Base?Addresses?自動分配一下地址。

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開始編譯，經(jīng)過耐心等待后，程序編好了，查看下最后的輸出如下:
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最后一行顯示Info:?System?generation?was?successful，產(chǎn)生成功。??
點(diǎn)擊Exit退出，會回到quartusii主界面。
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新建一個(gè)Block Diagram/Schematic File

在丁板上雙擊左鍵：

點(diǎn)擊，放在丁板上,
放好后，在NIOS軟核kernel上點(diǎn)擊右鍵后點(diǎn)擊Generate?Pins?for?symbol?ports

雙擊out_port_from_the_pio_led[7..0]拉出來的端口符號,重命令

分配引腳有多種方法，常用的為tcl腳本分配，建立一個(gè)文件，取名為nios2.tcl，文件內(nèi)容如下:
set_global_assignment -name RESERVE_ALL_UNUSED_PINS "AS INPUT TRI-STATED"
set_location_assignment PIN_16 -to clk_0
set_location_assignment PIN_17 -to reset_n
set_location_assignment PIN_10 -to led[0]
set_location_assignment PIN_11 -to led[1]
set_location_assignment PIN_26 -to led[2]
set_location_assignment PIN_35 -to led[3]
set_location_assignment PIN_27 -to led[4]
set_location_assignment PIN_28 -to led[5]
set_location_assignment PIN_33 -to led[6]
set_location_assignment PIN_34 -to led[7]
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保存到工程目錄下。
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菜單上Tools->?Tcl?Scripts 運(yùn)行剛剛的腳本。

右擊選Device

Saveall, ?
會提示你nios2.bdf保存到哪里？直接點(diǎn)確認(rèn)，我們此例中就保存在示例目錄下???
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3，? 執(zhí)行菜單Processing?->?Start?Compilation，開始進(jìn)行編譯
編譯完成，下載固件程序到EPCS1或使用JTAG下載到RAM.
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二，生成C語言的程序并調(diào)試運(yùn)行
1，? 以管理員方式運(yùn)行NiosII 12.0 Software Build Tools for Eclipse
新建 一個(gè)測試程序：

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點(diǎn)擊Finish.
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替換Demo程序的源碼如下：
#include"stdio.h"
#include"unistd.h"
#include"system.h"
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#define_LED 1
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typedefstruct
{
???unsignedlongintDATA;
???unsignedlongintDIRECTION;
???unsignedlongintINTERRUPT_MASK;
???unsignedlongintEDGE_CAPTURE;
}PIO_STR;
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#ifdef_LED
#defineLED ((PIO_STR*)PIO_LED_BASE)
#endif
?
intmain()
{
???inti;
?
???while(1)
??? {
??????for(i=0;i<3;i++){
?????????? LED->DATA = 1< ?