Учебное пособие Москва Издательство Московского государственного университета леса 2012 удк 004. 896(075) Е92 Разработано в соответствии с Федеральным государственным
Скачать 1.44 Mb.
|
ОглавлениеЧасть 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
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:
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.
Запустить SOPC Builder можно несколькими способами.
 Рис 1.1 – Запуск SOPC Builder
 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 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:
  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. |
Похожие:
 | Тимофеева С. С. Защита литосферы и обращение с опасными отходами : учеб пособие. – Иркутск : Изд-во Иргту, 2012. – 159 с | | Негосударственное (частное) образовательное учреждение дополнительного профессионального образования (повышения квалификации) специалистов... |
| «Вся Россия», «Моя провинция», «Новости – время местное» и др Представлены также некоторые особенности совместной работы журналистов... |  | Юдин В. П. Профсоюзная работа в школе. Учебное пособие. Москва, Издательство мгоу, 2008. 126 с |
| Учебное пособие предназначено для студентов, аспирантов, преподавателей юридических учебных заведений, работников судов, адвокатуры,... | | Учебное пособие предназначено для студентов, аспирантов, преподавателей юридических учебных заведений, работников судов, адвокатуры,... |
| Учебное пособие для бакалавров направления подготовки 230700. 62 «Прикладная информатика в области экономики» | | Описание процесса разработки системы поддержки принятия решений в управлении персоналом 38 |
| Г12 Экономика отрасли (Экономика дорожного строительства): учебно-методическое пособие [Текст] / сост. В. В. Гавриш, Е. В. Гуторин.... | | Г12 Экономика отрасли (Экономика дорожного строительства): учебно-методическое пособие [Текст] / сост. В. В. Гавриш, Е. В. Гуторин.... |