嵌入式技术的工程法课件：第五节 定制 Nios II Avalon用户外设.ppt

嵌入式技术在现代电子系统设计中扮演着核心角色，而Nios II处理器是Altera公司（现Intel FPGA部门）推出的一种可定制的软核CPU，广泛应用于嵌入式系统。本课件主要讨论了如何在Nios II系统中定制Avalon用户外设，以实现特定的功能，如本例中的PWM（脉宽调制）功能。 Avalon是Altera提出的片上系统（System-On-Chip，SOC）互连架构，提供了一套标准接口，使得不同组件能够无缝连接和通信。在定制Avalon用户外设时，通常需要以下几个步骤： 1. **硬件描述文件**：我们需要编写硬件描述语言（HDL，如Verilog或VHDL）模块，实现外设的硬件逻辑。在这个例子中，我们设计了一个包含周期寄存器和占空比寄存器的PWM外设。这个外设通过Avalon从端口连接到Nios II处理器，有一个减1计数器，当计数值大于占空比寄存器设置的值时，输出out为1，反之为0，从而产生PWM信号。 2. **软件文件**：为了使Nios II处理器能与我们的自定义外设通信，我们需要提供C语言头文件来定义组件的寄存器映像，并编写相应的驱动程序。头文件描述了寄存器布局，驱动程序则实现了对这些寄存器的读写操作，以便在软件层面控制外设。 3. **组件描述文件**：在SOPC Builder中，通过组件编辑器自动生成`.ptf`文件，这个文件定义了外设的结构和属性，为SOPC Builder提供了集成到系统所需的信息。 4. **在SOPC Builder中添加用户IP**：在已有的SOPC设计中，我们需要将用户IP（知识产权，即我们的自定义外设）集成进来。双击SOPC Builder，进入用户逻辑编辑器，可以添加相关文件，如寄存器映射头文件、驱动程序以及示例代码。 5. **基于Avalon的用户逻辑硬件结构**：定制的Avalon用户外设包括Avalon接口，从设备信号，以及各种控制和状态寄存器。在Verilog HDL中描述的逻辑会连接到这些接口，实现与Nios II处理器的交互。 6. **仿真验证**：在完成硬件描述后，我们通常会使用Quartus II这样的工具进行仿真验证，确保硬件逻辑正确无误，满足预期的功能。 7. **HAL（Hardware Abstraction Layer）**：如果需要，可以在SOPC Builder中添加HAL文件，这层抽象层使得软件开发者无需关心底层硬件细节，只需通过标准API就能控制外设。 8. **应用开发**：一旦硬件和软件接口都定义好，就可以编写应用程序，利用驱动程序访问并控制自定义的Avalon外设，实现特定的功能，比如在本例中，通过调整占空比寄存器来改变PWM的输出特性。 定制Nios II Avalon用户外设是一项涉及硬件描述、软件接口设计和系统集成的重要任务，它使得嵌入式系统能够根据具体需求进行灵活扩展和优化。通过这种方式，我们可以构建出具有独特功能的嵌入式解决方案，满足各种复杂的应用场景。