altera+nios从入门到精通

### Altera Nios II 设计从入门到精通 #### 总体概述 ##### 学习平台概述 **一、软件平台** 1. **Quartus II: 6.0 + SP1 + SP2** - **简介**：Quartus II 是 Altera 公司推出的替代 MAX+PLUS II 的新一代软件工具，它不仅继承了 MAX+PLUS II 的优点，还新增了许多强大且实用的功能。随着 MAX+PLUS II 在 2000 年停止更新后，Quartus II 已经发展到了 6.0 版本。 - **特性**：Quartus II 集成了许多重要的工具，例如 SOPC Builder，这些工具能够帮助用户更高效地进行 FPGA 和 SoC 设计。 - **兼容性**：对于习惯使用 MAX+PLUS II 的用户来说，Quartus II 提供了一个与 MAX+PLUS II 相似的操作界面，使得迁移变得十分容易，并且有大量中文文档可供学习。 - **优势**： - 支持最新的 Altera 器件，而 MAX+PLUS II 已不再支持这些新型号。 - 新增了诸如 SOPC Builder 等先进功能，使用户能够在更短的时间内完成复杂的设计。 - 更快的编译速度和优化能力。 2. **SOPC Builder** - **简介**：SOPC Builder 是一个集成在 Quartus II 中的工具，用于创建基于 Nios II 的 SoC 设计。 - **功能**：通过 SOPC Builder，用户可以轻松添加、配置和连接各种 IP 核心，构建自定义的 SoC。 - **应用场景**：适用于需要高度定制化 SoC 解决方案的项目，特别适合于需要集成 Nios II 处理器的应用场景。 **二、硬件平台** - **实验板介绍**：本文档中提到的实验板是基于 Altera EP2C8 芯片的，该芯片属于 Cyclone II 系列，具有高性价比和丰富的 I/O 资源，非常适合学习和实验。 - **特点**： - 实验板包含多种外设接口，如 LCD 显示模块、键盘、串口、I2C 接口等，可以满足不同类型的实验需求。 - 配备了多种存储器类型，如 SRAM、Flash 等，便于学习存储器管理。 - 包含电源管理和时钟电路，确保系统的稳定运行。 #### 第二节、Nios II 概述 **一、第一代 Nios 嵌入式处理器** - **简介**：Nios 是 Altera 开发的第一款可编程嵌入式处理器。 - **特点**：可定制性强，可以根据应用需求进行裁剪和扩展。 **二、第二代 Nios II 嵌入式处理器** - **简介**：Nios II 是 Nios 的升级版，提供了更高的性能和更多的功能。 - **特点**： - 支持三种不同的处理器内核（Nios II/f、Nios II/e 和 Nios II/s），可根据性能需求选择合适的内核。 - 支持 DDR2 内存接口，提高了数据处理能力。 - 引入了硬件乘法器和除法器，增强了计算能力。 **三、Nios II 处理器的优点特性** - **可定制性**：用户可以根据具体应用需求定制处理器架构，如缓存大小、指令集等。 - **高性能**：Nios II 处理器内核提供了不同的性能级别，以满足不同的性能需求。 - **低功耗**：针对便携式或电池供电设备进行了优化。 - **丰富的 IP 库**：Altera 提供了大量的标准 IP 核心，包括存储器控制器、通信接口等，简化了 SoC 设计过程。 - **完整的开发工具链**：包括集成开发环境、编译器、调试工具等，支持从设计到测试的整个开发流程。 #### 第一章：实验板电路 - **第一节、实验板特点** - 采用了 EP2C8 芯片，拥有丰富的 I/O 资源。 - 配置了多种外设接口，如 LCD 显示屏、键盘、串行通信等。 - **第二节、存储电路** - 描述了实验板上的存储器类型，如 SRAM 和 Flash，以及它们的用途。 - **第三节、配置电路** - 介绍了配置电路的设计，包括如何使用 JTAG 接口进行编程和调试。 - **第四节、按键及 LED 电路** - 解释了按键和 LED 的连接方式及其工作原理。 - **第五节、LCD Module 接口电路** - 详细说明了 LCD 显示模块的连接和驱动方式。 - **第六节、EEPROM 及 Buzzer 电路** - 介绍了 EEPROM 和 Buzzer 的连接方式及其用途。 - **第七节、PS/2 及 VGA 接口电路** - 说明了 PS/2 键盘和鼠标接口以及 VGA 视频输出接口的设计。 - **第八节、红外发射及接收电路** - 解释了红外发射和接收电路的实现方式。 - **第九节、RS232 接口电路** - 介绍了 RS232 串行通信接口的设计。 - **第十节、时钟及锁相环电路** - 说明了时钟电路的设计，包括锁相环 (PLL) 的使用。 - **第十一节、I/O 分配** - 描述了实验板上各 I/O 端口的分配情况。 - **第十二节、电源电路** - 介绍了电源电路的设计，包括电源转换和电压稳压等。 #### 第二章：逻辑部分实验 - **第一节、七段数码管显示实验** - 通过控制七段数码管显示数字来学习基本的数字逻辑电路设计。 - **第二节、蜂鸣器演奏实验** - 使用蜂鸣器播放简单的音乐，学习如何控制音频信号。 - **第三节、红外发射及接收实验** - 实现红外信号的发送与接收，了解红外通信的基本原理。 - **第四节、通过 I2C 总线控制 E2PROM 实验** - 学习 I2C 总线协议及其在 EEPROM 控制中的应用。 - **第五节、8 色 VGA 显示字符实验** - 实现 VGA 显示器上的字符显示，学习 VGA 显示的基本原理。 - **第六节、PS/2 键盘接口及 RS232 通讯实验** - 实现 PS/2 键盘的输入识别和 RS232 串口通信。 - **第七节、PLL（锁相环）的使用** - 学习 PLL 的工作原理及其在频率合成中的应用。 #### 第三章：Nios 基础实验 - **第一节、流水灯实验** - 通过控制 LED 的顺序点亮，学习基本的程序控制技巧。 - **第二节、JTAG UART 通讯实验** - 实现 JTAG UART 的通信功能，学习 UART 协议的使用。 - **第三节、LCM (LCD MODULE) 显示实验** - 使用 LCM 显示文本信息，了解 LCD 显示的编程方法。 - **第四节、按键中断实验** - 实现按键中断功能，学习中断处理机制。 - **第五节、计数显示实验** - 实现数字计数器，并在显示屏上显示计数值。 - **第六节、建立带 Flash 的 NIOS II 系统及配置方法** - 创建包含 Flash 存储器的 Nios II 系统，并学习配置方法。 - **第七节、定时器编程** - 编写定时器程序，学习如何使用 Nios II 处理器的定时器功能。 - **第八节、I2C Controller IPCore 的使用** - 使用 I2C Controller IP 核心，实现 I2C 通信功能。 #### 第四章：基于 HAL 的设备控制 - **第一节、文件系统** - 学习如何在 Nios II 系统中使用文件系统。 - **第二节、字符设备** - 学习如何控制字符设备，如串口。 - **第三节、时间设备** - 学习如何使用时间设备，如 RTC。 - **第四节、Flash 设备** - 学习如何在 Nios II 系统中使用 Flash 存储器。 - **第五节、DMA 的使用** - 学习如何使用 DMA (Direct Memory Access) 功能。 - **第六节、只读文件子系统** - 学习如何实现只读文件系统。 #### 第五章：软硬件协同设计实例讲解 - **第一节、Nios 设计精通篇** - 通过实例讲解如何进行软硬件协同设计。 - **第二节、Nios II Flash Programmer** - 学习如何使用 Nios II Flash Programmer 工具。 - **第三节、协控制器 EPM240 的工作原理** - 介绍 EPM240 协控制器的基本工作原理。 #### 第六章：Nios II Flash Programmer - **第一节、在 SOPC Builder 下定制目标板** - 介绍如何在 SOPC Builder 中定制目标板。 - **第二节、Nios II 闪存编程器的使用** - 学习如何使用 Nios II 闪存编程器进行编程。 - **第三节、协控制器 EPM240 的工作原理** - 详细介绍 EPM240 协控制器的工作原理。 #### 第七章：通过实例讲解 IP Core 的设计过程 - **第一节、简介** - 介绍 IP Core 的概念及其在 SoC 设计中的作用。 - **第二节、SOPC 设备设计流程** - 介绍 SOPC 设备设计的一般流程。 - **第三节、设计实例一** - 通过一个具体的实例演示 IP Core 的设计过程。 - **第四节、设计实例二** - 通过另一个实例进一步加深对 IP Core 设计的理解。 #### 第八章：综合设计示例 - 通过具体的综合设计案例，展示如何将前面学到的知识应用于实际项目中。 #### 第九章：常用 HAL API 参考 - **第一节、文件类** - 介绍用于文件操作的 HAL API 函数。 - **第二节、时间类** - 介绍用于时间管理的 HAL API 函数。 - **第三节、Flash 设备** - 介绍用于 Flash 存储器操作的 HAL API 函数。 - **第四节、DMA 设备** - 介绍用于 DMA 操作的 HAL API 函数。 - **第五节、其他常用函数** - 介绍其他常用的 HAL API 函数。 #### 第十章：常见问题与解答 - **第一节、Quartus 软件编译类** - 解答关于 Quartus 软件编译过程中遇到的问题。 - **第二节、Nios II IDE 开发环境** - 解答关于 Nios II IDE 开发环境使用过程中遇到的问题。