Учебное пособие Москва Издательство Московского государственного университета леса 2012 удк 004. 896(075) Е92 Разработано в соответствии с Федеральным государственным

Скачать 1.44 Mb.

Название	Учебное пособие Москва Издательство Московского государственного университета леса 2012 удк 004. 896(075) Е92 Разработано в соответствии с Федеральным государственным
страница	2/10
Тип	Учебное пособие

rykovodstvo.ru > Руководство эксплуатация > Учебное пособие

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Часть 1 Использование SOPC Builder для создания процессорной системы на программируемом кристалле фирмы Altera 9

1.1 Назначение и возможности SOPC Builder 9

1.2 Способы запуска SOPC Builder 10

1.3 Графический интерфейс SOPC Builder 13

1.3.1 Главное окно SOPC Builder 13

1.3.1.1 Библиотека готовых компонентов 14

1.3.1.2 Рабочая область SOPC Builder 15

1.3.1.3 Список синхросигналов SOPC системы 17

1.3.1.4 Информационная область 17

1.3.2 Пункты меню SOPC Builder 18

1.3.2.1 Пункты меню File 18

1.3.2.2 Пункты меню Edit 18

1.3.2.3 Пункты меню Module 19

1.3.2.4 Пункты меню System 19

1.3.2.5 Пункты меню View 20

1.3.2.6 Пункты меню Tools 21

1.3.2.7 Пункты меню Nios II 21

1.4 Основные операции SOPC Builder. 21

1.4.1 Добавление нового компонента в систему 21

1.4.2 Редактирование параметров IP компонента. 22

1.4.3 Соединение IP компонентов. 23

1.4.4 Переименование компонента. 24

1.4.5 Установка начальных адресов, назначение сигналов синхронизации и прерываний. 25

1.4.6 Удаление компонентов из процессорной системы. 26

1.5 Пример создания процессорной системы 27

1.5.1 Добавление внутрикристальной памяти в систему 27

1.5.2 Добавление процессора в систему 29

1.5.3 Добавление параллельных портов ввода/вывода в систему 35

1.5.4 Генерация проектных файлов процессорной системы 38

1.6 Создание внешнего интерфейса шины Avalon в проектируемой системе 39

1.7 Добавление нового компонента в систему 43

Часть 2 Использование средства Altera Monitor Program для отладки программных приложений 52

2.1 Назначение и возможности AMP 52

2.2 Графический интерфейс AMP. 53

2.2.1 Главное окно AMP 53

2.2.1.1 Вкладка Disassembly 54

2.2.1.2 Вкладка Breakpoints 56

2.2.1.3 Вкладка Memory 58

2.2.1.4 Вкладка Watches 61

2.2.1.5 Вкладка Trace 61

2.2.2 Пункты меню AMP 63

2.3 Создание нового проекта в AMP 66

2.4 Конфигурирование кристалла ПЛИС в АМР 73

2.5 Компиляция программы и загрузка объектного кода в процессорную систему, реализованную на кристалле 73

2.6 Отладка программы в АМР 75

2.7 Редактирование проекта в АМР 75

Часть 3 Мультимедийная процессорная система «DE2-70 Media Computer» 77

3.1 Назначение и возможности учебного стенда Altera® DE2-70 77

3.2 Содержание процессорной системы «DE2-70 Media Computer» 80

3.2.1. Процессор Nios II 81

3.2.2. Компоненты памяти 81

3.2.2.1. SDRAM 81

3.2.2.2. SRAM 82

3.2.2.3. Память, реализованная внутри кристалла 82

3.2.3. Параллельные порты 82

3.2.3.1. Параллельные порты красных и зеленых светодиодов 83

3.2.3.2. Параллельные порты 7-сегментных индикаторов 83

3.2.3.3. Параллельный порт переключателей 84

3.2.3.4. Параллельный порт для связи с кнопками 84

3.2.3.5. Параллельные порты расширения 85

3.2.3.6. Использование параллельных портов в программах на языке ассемблер и C 86

3.2.4. JTAG порт 89

3.2.4.1. Использование JTAG UART в программах на языке ассемблер и С 90

3.2.5. Последовательный порт 93

3.2.6. Интервальный таймер 94

3.2.7. Модуль идентификации системы 95

3.3. Исключения и прерывания в процессорной системе 96

3.3.1. Прерывания от параллельных портов 96

3.3.1.1. Прерывания от кнопок 97

3.3.2. Прерывания от JTAG UART 98

3.3.3. Прерывания от последовательного порта UART 98

3.3.4. Прерывания от интервального таймера 99

3.3.5. Использование прерываний в программе на языке ассемблер 99

3.3.6. Использование прерываний в программе на языке С 104

3.4. Мультимедийные компоненты процессорной системы 110

3.4.1. Аудиопорт 110

3.4.2. Порт вывода видеоданных 112

3.4.2.1. Графический видеобуфер 113

3.4.2.2. Символьный буфер 115

3.4.2.3. Использование порта вывода видеоданных в программе на языке С 116

3.4.3. Модуль конфигурации аудио/видеопортов 116

3.4.4. Порт LCD дисплея 117

3.4.5. Порт PS/2 120

3.4.6. Второй PS/2 порт 121

3.4.7. Блок арифметики с плавающей запятой 121

3.5. Модификация процессорной системы «DE2-70 Media Computer» 122

3.6. Реализация процессорной системы «DE2-70 Media Computer» после включения питания стенда 124

3.7. Адресное пространство процессорной системы 124

Часть 4 Процессор Nios II 126

4.1 Назначение и возможности процессора NIOS II 126

4.2 Регистровая структура процессора Nios II 128

4.3 Адресация в процессоре Nios II 131

4.4 Форматы команд 131

4.5 Список команд 132

4.5.1 Команды «load», «store» 132

4.5.2 Арифметические команды 134

4.5.3 Логические команды 134

4.5.4 Команды сдвига 135

4.5.5 Команды пересылки 136

4.5.6 Команды сравнения 136

4.5.7 Команды сравнения с непосредственным операндом 137

4.5.8 Команды переходов 137

4.5.9 Команды вызова подпрограммы и возврата из неё 138

4.5.10 Команды управления 139

4.5.11 Специализированные инструкции 139

4.6 Директивы ассемблера 140

4.7 Обработка исключений. 142

4.8 КЭШ память и сильносвязанная память 144

Список литературы 145

Приложение 146

Часть 1 Использование SOPC Builder для создания процессорной системы на программируемом кристалле фирмы Altera

Назначение и возможности SOPC Builder

SOPC Builder является программным приложением, входящим в состав системы автоматизированного проектирования Quartus II [5]. SOPC Builder представляет собой мощный инструмент, предназначенный для проектирования процессорных систем, реализуемых внутри кристаллов FPGA, производимых компанией Altera. Основой таких систем является процессор NIOS II, представленный в 4 части настоящего учебного пособия.

Традиционное проектирование систем на кристалле заключается в создании описания составных компонентов системы с использованием языков HDL (Hardware Description Language), а также модуля верхнего уровня, интегрирующего в себе все компоненты системы [2]. Для выполнения этой работы требуются проектировщики, обладающие высокой квалификацией, знающие языки HDL и имеющие достаточный опыт работы в этой области.

SOPC Builder автоматизирует процесс проектирования аппаратных средств системы[6]. Задача проектирования сводится к выбору необходимых компонентов системы из обширной библиотеки и настройки их параметров. Системные компоненты представляют собой IP (Intellectual Properties) ядра, разработанные компанией Altera, а также компаниями партнерами. Ядра написаны на языках HDL и являются параметризируемыми модулями. Причем настройка этих модулей выполняется пользователем в интерактивном режиме. Также допускается использование модулей, разработанных самим пользователем.

Таким образом, SOPC Builder через свой графический интерфейс дает пользователю возможность выбрать необходимые аппаратные компоненты создаваемой процессорной системы, настроить их параметры, после чего он выполняет внутренние соединения в системе, а при необходимости создает и внешние выводы. По сравнению с традиционными методами проектирования синтез завершенных систем на программируемом кристалле FPGA осуществляется за гораздо меньшее время. Он может быть выполнен даже пользователями, не знакомыми с языками описания аппаратуры.

Результатом работы SOPC Builder являются следующие файлы:

HDL файлы описания каждого компонента системы, а также один файл описания системы на верхнем уровне иерархии;
Файл Synopsis Design Constraint (.sdc), содержащий набор команд на языке задания временных ограничений и предназначенный для проведения последующего временного анализа проекта;
Символьный файл (.bsf), содержащий условное графическое обозначение созданной системы и предназначенный для использования системы в проектах Quartus II;
Файл с шаблоном вставки сгенерированной процессорной системы на языке VHDL в другие проекты;
Спецификация процессорной системы в формате html, содержащая: внешние выводы системы, карту памяти и параметры каждого компонента процессорной системы;
Функциональный тест для созданной системы и проектные файлы для приложения ModelSim, рекомендуемого в настоящее время компанией Altera для проведения функционального и временного моделирования проектов;
Информационный SOPC файл (.sopcinfo), описывающий все компоненты системы, их соединения и параметры, и предназначенный для использования инструментами разработки программного обеспечения, в частности, при проектировании программных драйверов для устройств ввода/вывода SOPC системы;
Quartus II IP файл (.qip), содержащий ссылки на все сгенерированные файлы, необходимые для САПР Quartus II.

После генерации системы, она становится доступна в проекте Quartus II для дальнейшей работы. Так, например, к процессорной системе могут быть подключены дополнительные устройства ввода/вывода и создан файл прошивки кристалла FPGA, как это описано в учебном пособии [5].

Приведенные в настоящем пособии экранные формы получены при использовании 11.0 версии SOPC Builder. В других случаях они могут несколько отличаться от приведенных.

Способы запуска SOPC Builder

Запустить SOPC Builder можно несколькими способами.

Используя пункт “SOPC Builder” из меню Tools пакета Quartus II, рис. 1.1. Если до этого SOPC система еще не была создана, на экране появится окно, показанное на рис. 1.2, в котором следует задать её имя. В противном случае откроется окно SOPC Builder, содержащее спроектированную ранее систему.

Рис 1.1 – Запуск SOPC Builder

Через MegaWizard Plug-In Manager, описание которого содержится в [5]. В этом случае на экране монитора появится окно со списком мегафункций, в котором необходимо выбрать Altera SOPC Builder, затем ввести имя будущей SOPC системы и путь к ней, как показано на рис. 1.3. В этом же окне необходимо выбрать тип кристалла FPGA, в котором будет реализована система, и указать язык HDL, на котором будут созданы файлы описания компонентов системы. Путь к системе можно указать с помощью кнопки “…” (см. рис. 1.4).

Рис. 1.2 – Задание имени SOPC системы

Рис. 1.3 – Запуск SOPC Builder через MegaWizard

Рис. 1.4 – Указание местоположения процессорной системы

Графический интерфейс SOPC Builder

Главное окно SOPC Builder

Графический интерфейс SOPC Builder представлен на рис. 1.5. В верхней строке экрана приводится название проектируемой системы с указанием полного пути к папке с проектными файлами SOPC системы. Имя системы и папка задаются при создании SOPC системы, способами описанными выше. В правой верхней части основного окна содержатся кнопки, с помощью которых можно свернуть окно, развернуть его до полного экрана либо закрыть приложение SOPC Builder стандартным образом. В следующей строке экрана размещено меню приложения. Ниже содержатся две вкладки System contents и System Generation. На рис. 1.5 представлена вкладка System contents, отражающая компоненты процессорной системы. Функционально главное окно разделено на 4 основные части:

библиотека готовых компонентов;
рабочая область SOPC Builder;
список синхросигналов SOPC системы;
информационная область.

Рис 1.5 – Главное окно SOPC Builder

1.3.1.1 Библиотека готовых компонентов

Библиотека готовых компонентов представляет собой список установленных в САПР Quartus II IP ядер, готовых к использованию (рис. 1.6). SOPC Builder также дает возможность пользователю создавать свои собственные компоненты, используя HDL файлы описания. Создание компонента без HDL файла описания, но с указанием интерфейсных параметров также возможно. В этом случае после добавлении такого компонента в процессорную систему и ее генерации, процессорная система будет иметь дополнительные интерфейсы в соответствии с параметрами созданного компонента. Под окном с библиотечными компонентами размещены следующие три кнопки:

– для создания новых компонентов;

–

для изменения параметров созданных пользователем компонентов;

–

для добавления выбранного компонента в проектируемую систему.

Рис. 1.6 – Библиотека

компонентов системы
1.3.1.2 Рабочая область SOPC Builder

В этой части главного окна находится список компонентов проектируемой системы (рис. 1.7). После выбора компонентов из библиотеки и настройки их должным образом, выполняется их соединение, назначение им адресов, синхросигналов и номеров запросов прерывания. Так, например, выделенный на рис. 1.7 компонент, названный pio_1, является параллельным портом ввода/вывода. Он подключен к порту data_master процессора cpu_0, ему назначен синхросигнал clk_0, и его адресное пространство 0x00000010 - 0x0000001f.

В нижней части рабочей области располагаются следующие кнопки:

-

для удаления компонента из системы;

- для изменения параметров компонента;

- для отображения адресного пространства системы;

- для определения того, что будет отображаться в рабочей области;

-

для перемещения компонента в начало, вверх, вниз и в конец списка, соответственно.

Рис. 1.7 - Область проектирования SOPC системы

Список компонентов проектируемой системы включает следующие столбцы.

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

	Учебное пособие Москва Издательство Московского государственного... Рекомендовано к изданию Редакционно-издательским советом университета в качестве учебного пособия для студентов направления 230100...		Учебное пособие Издательство Иркутского государственного технического университета 2012 Тимофеева С. С. Защита литосферы и обращение с опасными отходами : учеб пособие. – Иркутск : Изд-во Иргту, 2012. – 159 с
	Учебное пособие Издательство Иркутского государственного технического университета 2012 Тимофеева С. С. Защита литосферы и обращение с опасными отходами : учеб пособие. – Иркутск : Изд-во Иргту, 2012. – 159 с		2015 удк 378 вестник рыбинского государственного авиационного технического... ...
	2015 удк 378 вестник рыбинского государственного авиационного технического... ...		Учебное пособие «Основы современной социологии» Год издания: 2001... Григорьев С. И., Растов Ю. Е. Основы современной социологии. Учебное пособие. Барнаул: Издательство Алтайского государственного университета,...
	Учебное пособие (Краткий курс) Москва Издательство Российского университета дружбы народов Учебное пособие предназначено для студентов, обучающихся в магистратуре и специализирующихся по защите растений		Учебное пособие Москва Издательство Российского Университета дружбы народов 1998 ...
	Учебное пособие Часть 1 Р89 Русский язык и культура речи для студентов-нефилологов. Ч. 1: учебное пособие/ Колпакова Л. В., Максименко Е. В., Михайлова О....		Рабочая программа размещена на сайте Университета http :// utmn ru... Н. В. Бакша, А. А. Данилюк. Корпоративная социальная ответственность: учебное пособие. Тюмень: Издательство Тюменского государственного...
	Учебное пособие Издание третье, исправленное и дополненное Москва... Б 17 Литературное редактирование: Учеб пособие., изд. 3 – М.: Рудн, 2010. – 249 с		Учебное пособие. М.: Издательство Московского университета, 2004 «Вся Россия», «Моя провинция», «Новости – время местное» и др Представлены также некоторые особенности совместной работы журналистов...
	Учебное пособие Часть II РФ, заведующая кафедрой детских болезней лечебного факультета I московского Государственного Медицинского университета им. И. М....		Учебное пособие Издательство Иркутского государственного технического университета 2014 Курышова И. В. История и теория местного самоуправления : учеб пособие. – Иркутск : Изд-во Иргту, 2014. – 112 с
	Методические рекомендации по подготовке и защите выпускной квалификационной... Печатается по решению Ученого совета Московского государственного медико-стоматологического университета им. А. И. Евдокимова (г....		Бурлюкина Е. В., Васильченко Н. Г. Экономика отрасли Учебное пособие... Рецензенты: Кафедра «Экономики и управления предприятием» Московского государственного университета инженерной экологии, зав кафедрой:...

Учебное пособие Москва Издательство Московского государственного университета леса 2012 удк 004. 896(075) Е92 Разработано в соответствии с Федеральным государственным

Оглавление

Похожие: