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通过Quartus II实现Nios II编程

news 来源：原创 2025/7/14 8:56:10

目录

    • 一、认识Nios II
    • 二、使用Quartus II 18.0Lite搭建Nios II硬件部分
    • 三、软件部分
    • 四、运行项目

一、认识Nios II

  1. Nios II软核处理器简介

Nios II是Altera公司推出的一款32位RISC嵌入式处理器，专门设计用于在FPGA上运行。作为软核处理器，Nios II可以通过硬件描述语言在FPGA内部实现，这使得它具有极高的灵活性和可定制性。Nios II处理器能够满足各种应用对32位嵌入式微处理器的需求，用户可以根据自己的系统需求选择合适的处理器型号，以达到性能和成本的最佳平衡。

  1. Nios II的特点和优势

Nios II处理器的最大特点是它是运行在FPGA上的软核处理器。与传统的硬核处理器相比，软核处理器可以根据需要进行裁剪和定制，提供了更大的灵活性。Nios II支持使用专用指令，允许用户增加硬件模块来执行复杂运算任务，从而为时序要求紧张的软件提供加速算法。此外，Nios II系列支持60多个外设选项，使得开发者能够选择合适的外设，获得最合适的处理器、外设和接口组合。

  1. Nios II系列的分类

Nios II系列包括三种产品型号：Nios II/f（快速）、Nios II/s（标准）和Nios II/e（经济）。这三种产品型号都具有32位处理器的基本结构单元，包括32位指令大小、32位数据和地址路径、32位通用寄存器和32个外部中断源。它们使用相同的指令集架构（ISA），并且100%二进制代码兼容，这意味着设计者可以根据系统需求的变化更改CPU型号，而不会影响已有的软件投入。

二、使用Quartus II 18.0Lite搭建Nios II硬件部分

  1. 新建一个名为Nios_II的项目文件。
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  2. 选择与DE2-115板子上相同型号的芯片EP4CE115F29C7并点击Finish完成配置。
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  3. 点击Plateform Designer,开始搭建硬件部分
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  4. 在左上角搜索框输入NIOS，单击选择Embedded目录下的Nios II Processor
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  5. 如果Quartus II是Lite版本的要把Nios II Core选为Nios II/e，因为Lite版本不支持高性能的Nios II，编译的时候会报错，若想使用Quartus需要标准版及以上版本，如果是标准及以上版本就可以选择NIos II/f。其余配置默认即可，点击Finish完成该部分配置。然后再将其更名为cpu。
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  6. 添加JTAG_UART接口，选择Interface目录下的JTAG UART，配置默认即可，点击finish并更名为jtag_uart。
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  7. 配置片上存储器 On-Chip Memory，选择Basic目录下的On-Chip Memory，并将总存储大小改为40k，完成配置，然后改名为onchip_ram。
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  8. 添加PIO接口，默认即可，更名为pio_led。
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  9. 添加System ID,默认即可，更名为sysid。
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  10. 根据下图进行连接，并在pio_led的external处添加名为out_led的输出端口。
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  11. 双击cpu在Vectors中进行如图配置，如果找不到onchip_ram.s1应该检查连线是否正确，点击System => Assign Base Address，使Base栏不出现重复的地址。点击File => Save保存该项目。
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  12. 点击Generate => Generate HDL开始生成，等待其生成完毕，关闭Plateform Designer。
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  13. 新建BDF（Block Diagram/Schematic File）文件，按照图中顺序添加kernel
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  14. 右键单击kernel选择Generate Pins for Symbol Ports为其添加管脚。并将clk_clk管脚更名为clk,out_led_export[7:0]管脚更名为pio_led[7:0]，reset_reset_n管脚更名为reset_n。
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    15.添加kernel.qip后保存bdf文件为Nios_II.bdf进行语法编译，芯片引脚设计保持默认即可。
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  15. 点击Pin Planner，参考DE2-115管脚图开始配置管脚
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  16. 完成针脚配置后关闭Pin Planner，完全编译项目，编译通过即表示硬件部分设计完成。
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三、软件部分

  1. 点击 Tools => Nios II Software Build Tools for Eclipse 打开 Nios II SBT for Eclipse,把默认目录更改到这个项目目录。
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  2. 创建新的软件应用，点击File => New => Nios II Application and BSP from Template。选择项目目录下的.sopcinfo文件，并将其命名为hello_led，点击finish开始生成Template。
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  1. 打开hello_led文件夹下单hello_world.c文件，并对.c文件内容进行更改以实现Console输出以及流水灯。
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    代码尚有不完善的地方，比如难以分辨新的输出语句“Hello from Nios II!\n"，可在后面添加变量n加以分辨，原始代码如下：
#include "system.h"
#include "altera_avalon_pio_regs.h"
#include "alt_types.h"
#include <stdio.h>  // 新增标准输入输出头文件，用于printf/** "Hello World" example.** This example prints 'Hello from Nios II' to the STDOUT stream. It runs on* the Nios II 'standard', 'full_featured', 'fast', and 'low_cost' example* designs. It runs with or without the MicroC/OS-II RTOS and requires a STDOUT* device in your system's hardware.* The memory footprint of this hosted application is ~69 kbytes by default* using the standard reference design.** For a reduced footprint version of this template, and an explanation of how* to reduce the memory footprint for a given application, see the* "small_hello_world" template.**/const alt_u8 led_data[8] = {0x01, 0x03, 0x07, 0x0F, 0x1F, 0x3F, 0x7F, 0xFF};int main(void) {int count = 0;alt_u8 led;volatile int i;// 融合后的新增功能：打印Nios II启动信息
//    printf("Hello from Nios II!\n");while (1) {if (count == 7) {count = 0;} else {count++;printf("Hello from Nios II!\n");}led = led_data[count];IOWR_ALTERA_AVALON_PIO_DATA(PIO_LED_BASE, led);// 保留原有的延时逻辑i = 0;while (i < 500000) {i++;}}return 0;  // 理论上无法执行到这里，但保持代码完整性
}

应该修改的代码为此：

printf("Hello from Nios II!\n",n);

理论修改后的10个循环内的输出如下：

第 1 次：Hello from Nios II! 1
第 2 次：Hello from Nios II! 2
第 3 次：Hello from Nios II! 3
第 4 次：Hello from Nios II! 4
第 5 次：Hello from Nios II! 5
第 6 次：Hello from Nios II! 6
第 7 次：Hello from Nios II! 7
第 8 次：无输出（count 重置为 0，未执行 printf）
第 9 次：Hello from Nios II! 1
第 10 次：Hello from Nios II! 2

四、运行项目

  1. . 右键单击hello_led目录再单击Build Project ，完成编译后点击右上角的Nios II => Quartus Prime Programmer；点击Add File添加.sof文件，将其下载到DE2-115板子上，如果出现管脚连接错误，可能是SW19开关在PROG上，切换到RUN即可下载。

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  1. 在Eclipss中点击右上角的Run => Run As Nios II Hardware；点击Target Connection => Refresh Connections出现接口即可先后按下Apply和Run开始运行项目。
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  2. 运行视频

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编程日记 2025/7/12 7:23:42

Spark与Hadoop之间的联系与区别

联系 生态系统互补&#xff1a; Hadoop 是一个分布式存储和计算平台&#xff0c;主要包括 HDFS&#xff08;分布式文件系统&#xff09;和 MapReduce&#xff08;分布式计算框架&#xff09;。Hadoop 提供了可靠的数据存储和分布式计算的基础。 Spark 是一个高性能的分布式计算…...

编程日记 2025/6/29 10:18:08

spark和Hadoop之间的对比与联系

对比 计算模型&#xff1a; Hadoop&#xff1a;采用MapReduce计算模型&#xff0c;分map与reduce两个阶段&#xff0c;数据处理按阶段顺序执行&#xff0c;数据处理按阶段顺序执行&#xff0c;中间结果会写入磁盘&#xff0c;I/O开销大。 Spark&#xff1a;基于弹性分布式数…...

编程日记 2025/6/29 11:21:06

0802api设计和实战-网络ajax请求1-react-仿低代码平台项目

文章目录 1 API设计1.1 用户功能1.1.1 获取用户信息1.1.2 注册1.1.3 登录 1.2 问卷功能1.2.1 获取单个问卷1.2.2 获取问卷列表1.2.3 创建问卷1.2.4 更新问卷1.2.5 批量彻底删除问卷1.2.6 复制问卷 1.3 小结 2 实战2.1配置axios2.2 封装API和测试2.3 新建问卷2.4 自定义hooks封装…...

编程日记 2025/7/5 4:06:03

什么是CAN的非破坏仲裁？

‌CAN总线的非破坏性仲裁‌是一种在多个设备同时发送数据时&#xff0c;通过标识符&#xff08;ID&#xff09;优先级来决定哪个设备可以优先发送数据的机制。其核心思想是&#xff1a;当多个设备同时发送数据时&#xff0c;ID值较小的数据具有更高的优先级&#xff0c;能够优先…...

编程日记 2025/6/29 10:48:53