[原创][连载].基于SOPC的简易数码相框 – Quartus II部分（硬件部分）
开发环境
硬件：艾米电子EP2C8 FPGA/Nios II核心板；Altera USB-Blaster；2.4寸TFT-LCD模块；SD卡模块
软件：Windows XP；Quartus II 10.0；Nios II 10.0 Software Build Tools for Eclipse
基本步骤
自底向上模式。
步骤1 在Quatus II新建一个工程
如何新建Quartus II工程，请参阅http://www.cnblogs.com/yuphone/archive/2010/08/21/1805388.html。
步骤2 设置未用引脚为三态输入
（良好的习惯，必须养成）Assignments>Device>Device and Pin Options…>Unused pins
步骤3 例化一个锁相环
由于SDRAM的时钟需要滞后Nios II软核的时钟，所以需要使用锁相环。具体的相移原理，请参阅http://www.altera.com/literature/ug/ug_embedded_ip.pdf的章节。
如何在Quartus II中使用PLL，请参阅http://www.altera.com/literature/ug/ug_altpll.pdf。
在
指定锁相环输入时钟的特性。
在
打开异步复位选项及稳定后锁定选项。选项有什么用？请参阅http://www.altera.com/literature/ug/ug_altpll.pdf。
在
配置输出时钟c0（Nios II系统时钟）和c1（SDRAM时钟）。
注意上面那个-3.5ns的相移，具体的相移原理，请参阅http://www.altera.com/literature/ug/ug_embedded_ip.pdf的章节。
在
打开生成HDL例化模板选项（非常重要，且好用）。
配置完的PLL框图如下所示。
步骤4 创建及配置一个Nios II软核系统
1 打开SOPC Builder。
从哪打开，怎么用？请参阅http://www.altera.com/literature/ug/ug_sopcbuilder.pdf。
配置软核系统的目标硬件家族及输入时钟。
板载时钟为50MHz，经过PLL倍频到100MHz，下面软核系统的组件基本上都是运行在这个时钟下。输入时钟一定要认真配置，否则Nios II软件部分的延时不准，且一些组件无法正常工作。当然也可以配置n个输入时钟，不同的组件可以使用不同的时钟。
2 配置最小系统
包含cpu（Nios II软核）、ram（SDRAM或SSRAM或SRAM）、flash（EPCS FLASH或者CFI Flash）、jtag_uart（JTAG调试）以及sysid（软核标识）。以上五个部分，最好一个不落的例化到系统中；否则不良结果后果自负。重点组件的配置我会稍微说明的，其他组件自行研究（一般缺省设置）。
4 配置SDRAM选项。
此处使用的HY57V641620FTP-6，容量为8MB，资料请自行查找阅读。按器件手册说明正确选择数据总线宽度、片选数、块数、行数和列数。
选择CAS的消隐周期为3，其他参数缺省不动（或仔细阅读器件手册，酌情修改）。
5 配置Nios II软核
选择Nios II/f。三个版本的区别，请参阅http://www.altera.com/literature/hb/nios2/n2cpu_nii5v1.pdf。
配置硬件乘法及硬件除法。缺省情况下，乘法和除法都是Nios II软件实现的。
缺省情况
既然Cyclone II有硬件乘法器，不用白不用，按如下配置。关于硬件乘法和软件乘法的效率请参阅http://www.altera.com/literature/hb/nios2/n2cpu_nii5v1.pdf。一般情况下，乘法映射到软件中的速度最慢，LE次之，硬件乘法器就快一点，DSP Block最快，可惜Cyclone II没有DSP Block，只有硬件乘法器。硬件除法嘛，因为Cyclone II没有硬件除法器，那么选择硬件除法后，只能用LE来实现；速度较软件实现改善了许多。
配置复位向量及异常向量。有一个原则，复位向量最好映射到Flash里面（不隐射到Flash，就无法实现上电复位），异常向量必须映射到RAM里面（必须哟，千万不要映射到Flash里面）。这是为什么呢？请参阅http://www.altera.com/literature/hb/nios2/n2cpu_nii5v1.pdf。
配置缓存及存储器接口。此处缺省即可。数据缓存和地址缓存的功用请参阅http://www.altera.com/literature/hb/nios2/n2cpu_nii5v1.pdf。感兴趣的朋友可以研究下紧耦合存储器，性能相当强悍，呵呵。
配置JTAG调试模块。有一个USB-Blaster就可以使用JTAG调试Nios II软核，多么令人欢喜的消息，更欢喜的是，USB-Blaster才50块钱。调试器有四个等级，此处选择等级1，其他等级请自行研究。
配置自定义指令，此处一个没用。Nios II软核最强大的地方就是自定义指令。Altera提供了4个自定义指令。其中硬件浮点最诱人，不过需要消耗大约4000LE，我们艾米电子的2C8资源有限，消受不起。3C10的朋友可以试试这个自定义指令，非常强悍。如何自定义指令，请参阅http://www.altera.com.cn/support/examples/nios2/exm-crc-acceleration.html。
6 配置定时器组件
如何使用，请参阅：
http://www.cnblogs.com/yuphone/archive/2010/04/18/1714554.html
http://www.cnblogs.com/yuphone/archive/2010/04/18/1714628.html
http://www.cnblogs.com/yuphone/archive/2010/04/19/1715525.html
http://www.cnblogs.com/yuphone/archive/2010/11/25/1887621.html
sys_clk_timer，
；
high_res_timer是
，可做定时器中断应用或做Timestamp应用；
watchdog_timer是
，其功用就不用我言说了。
虽然上面的三个定时器在本设计中都未使用，但是为了更好的扩展，加上比较好。
7 配置流水桥
流水桥的功用请参阅http://www.altera.com.cn/support/examples/nios2/exm-high-perf-bridge.html。
在SOPC Builder中例化pipeline_bridge之后，会出来两个总线，s1（主端）与Nios II CPU相连，m1（从端）与需要“过桥”的组件的相连。
配置流水桥相关选项。
8 配置GPIO——ILI9325
本设计中，所有的GPIO的s1（主端），都挂在流水桥上。
配置ILI9325引脚。
怎么搭桥呢？我以ili_db为例。当添加了GPIO——ili_db后，在ili_db左边就会出现3个桥供选择。可以清楚的看到，这三座桥依次（从左到右）为Nios II cpu的指令主端、Nios II cpu的指令从端和流水桥的从端。
现在GPIO想要过流水桥，就把与流水桥从端相连的那个点选上即可。这样ili_db就过桥了，其他类似。
注意ili9325的各总线及引脚的配置。
ili_db，ili9325的8位数据总线（16位及18位的数据总线与之类似），按下图配置（8位双向口）：
ili_nrst，ili9325的硬件复位信号引脚（低电平有效）；
ili_ncs，ili9325的片选信号引脚（低电平有效）；
ili_rs，ili9325的指令 /数据选择信号引脚；
ili_nwr，ili9325的写控制信号引脚（低电平有效）；
ili_nrd，ili9325的读控制信号引脚（低电平有效）。
以上五个引脚全部按下图配置（一位输出口）：
9 配置GPIO——ADS7843
此处并没有使用Altera提供的三线SPI总线组件，而是使用GPIO模拟SPI总线。配置方法和ILI9325类似。
需要注意的是，ads_nirq，ads7843的笔触中断信号引脚，需要设置为下降沿触发中断。
10 配置GPIO——SD卡
选用的SD模块使用的1线SD协议，即SPI协议。
此处并没有使用Altera提供的三线SPI总线组件，而是使用GPIO模拟SPI总线。配置方法和ILI9325类似。
完成以上十步后，编译。不会编译？请参阅http://www.cnblogs.com/yuphone/archive/2010/05/07/1729752.html。
步骤5 使用HDL描述Quartus II顶层模块
例化PLL和Nios II模块时，请使用HDL例化模板文件，比如pll模块的例化模板pll_inst.v，nios软核模块的例化模块nios_ii_sys_inst.v。要善用模板来快速例化模块。怎么例化？回去看书去！
代码 顶层模块
module lcd_at_nios( input CLOCK_50, input Q_KEY, // ILI9325 Interface output ILI_nRST, output ILI_nCS, output ILI_RS, output ILI_nRD, output ILI_nWR, inout [ 7:0] ILI_DB, // ADS7803 Interface output ADS_CLK, output ADS_nCS, output ADS_DIN, input ADS_DOUT, input ADS_BUSY, input ADS_nIRQ, // SD Card Interface output SD_CLK, output SD_nCS, output SD_DIN, input SD_DOUT, // SDRAM Interface output [11:0] SDRAM_ADDR, output [1 :0] SDRAM_BA, output SDRAM_CAS_N, output SDRAM_CLK, output SDRAM_CKE, output SDRAM_CS_N, inout [15:0] SDRAM_DQ, output [ 1:0] SDRAM_DQM, output SDRAM_RAS_N, output SDRAM_WE_N ); wire nii_clk, pll_locked; pll pll_inst ( .areset (~Q_KEY), .inclk0 (CLOCK_50), .c0 (nii_clk), .c1 (SDRAM_CLK), .locked (pll_locked) ); nios_ii_sys nios_ii_sys_inst ( // .clk_100 (nii_clk), .reset_n (Q_KEY & pll_locked), // ADS7803 Interface .in_port_to_the_ads_busy (ADS_BUSY), .in_port_to_the_ads_dout (ADS_DOUT), .in_port_to_the_ads_nirq (ADS_nIRQ), .out_port_from_the_ads_clk (ADS_CLK), .out_port_from_the_ads_din (ADS_DIN), .out_port_from_the_ads_ncs (ADS_nCS), // ILI9325 Interface .bidir_port_to_and_from_the_ili_db (ILI_DB), .out_port_from_the_ili_ncs (ILI_nCS), .out_port_from_the_ili_nrd (ILI_nRD), .out_port_from_the_ili_nrst (ILI_nRST), .out_port_from_the_ili_rs (ILI_RS), .out_port_from_the_ili_nwr (ILI_nWR), // SD Card Interface .out_port_from_the_sd_clk (SD_CLK), .out_port_from_the_sd_din (SD_DIN), .out_port_from_the_sd_ncs (SD_nCS), .in_port_to_the_sd_dout (SD_DOUT), // SDRAM Interface .zs_addr_from_the_sdram (SDRAM_ADDR), .zs_ba_from_the_sdram (SDRAM_BA), .zs_cas_n_from_the_sdram (SDRAM_CAS_N), .zs_cke_from_the_sdram (SDRAM_CKE), .zs_cs_n_from_the_sdram (SDRAM_CS_N), .zs_dq_to_and_from_the_sdram (SDRAM_DQ), .zs_dqm_from_the_sdram (SDRAM_DQM), .zs_ras_n_from_the_sdram (SDRAM_RAS_N), .zs_we_n_from_the_sdram (SDRAM_WE_N) ); endmodule
代码 锁相环模块的例化模板
pll pll_inst (
.areset ( areset_sig ),
.inclk0 ( inclk0_sig ),
.c0 ( c0_sig ),
.c1 ( c1_sig ),
.locked ( locked_sig )
);
代码 nios软核模块的例化模板
//Example instantiation for system 'nios_ii_sys'
nios_ii_sys nios_ii_sys_inst
(
.bidir_port_to_and_from_the_ili_db (bidir_port_to_and_from_the_ili_db),
.clk_100 (clk_100),
.in_port_to_the_ads_busy (in_port_to_the_ads_busy),
.in_port_to_the_ads_dout (in_port_to_the_ads_dout),
.in_port_to_the_ads_nirq (in_port_to_the_ads_nirq),
.in_port_to_the_sd_dout (in_port_to_the_sd_dout),
.out_port_from_the_ads_clk (out_port_from_the_ads_clk),
.out_port_from_the_ads_din (out_port_from_the_ads_din),
.out_port_from_the_ads_ncs (out_port_from_the_ads_ncs),
.out_port_from_the_ili_ncs (out_port_from_the_ili_ncs),
.out_port_from_the_ili_nrd (out_port_from_the_ili_nrd),
.out_port_from_the_ili_nrst (out_port_from_the_ili_nrst),
.out_port_from_the_ili_nwr (out_port_from_the_ili_nwr),
.out_port_from_the_ili_rs (out_port_from_the_ili_rs),
.out_port_from_the_sd_clk (out_port_from_the_sd_clk),
.out_port_from_the_sd_din (out_port_from_the_sd_din),
.out_port_from_the_sd_ncs (out_port_from_the_sd_ncs),
.reset_n (reset_n),
.zs_addr_from_the_sdram (zs_addr_from_the_sdram),
.zs_ba_from_the_sdram (zs_ba_from_the_sdram),
.zs_cas_n_from_the_sdram (zs_cas_n_from_the_sdram),
.zs_cke_from_the_sdram (zs_cke_from_the_sdram),
.zs_cs_n_from_the_sdram (zs_cs_n_from_the_sdram),
.zs_dq_to_and_from_the_sdram (zs_dq_to_and_from_the_sdram),
.zs_dqm_from_the_sdram (zs_dqm_from_the_sdram),
.zs_ras_n_from_the_sdram (zs_ras_n_from_the_sdram),
.zs_we_n_from_the_sdram (zs_we_n_from_the_sdram)
);
步骤6 分配引脚
怎么分配引脚？请参阅http://www.cnblogs.com/yuphone/archive/2010/01/18/1650612.html。
分配引脚模板
To, Location
// 板载时钟50MHz
CLOCK_50, PIN_23
// 板载RST_N
Q_KEY, PIN_
// SDRAM
SDRAM_ADDR[0], PIN_
SDRAM_ADDR[1], PIN_
SDRAM_ADDR[2], PIN_
SDRAM_ADDR[3], PIN_
SDRAM_ADDR[4], PIN_
SDRAM_ADDR[5], PIN_
SDRAM_ADDR[6], PIN_
SDRAM_ADDR[7], PIN_
SDRAM_ADDR[8], PIN_
SDRAM_ADDR[9], PIN_
SDRAM_ADDR[10], PIN_
SDRAM_ADDR[11], PIN_
SDRAM_BA[0], PIN_
SDRAM_BA[1], PIN_
SDRAM_CAS_N, PIN_
SDRAM_CLK, PIN_
SDRAM_CKE, PIN_
SDRAM_CS_N, PIN_
SDRAM_DQ[0], PIN_
SDRAM_DQ[1], PIN_
SDRAM_DQ[2], PIN_
SDRAM_DQ[3], PIN_
SDRAM_DQ[4], PIN_
SDRAM_DQ[5], PIN_
SDRAM_DQ[6], PIN_
SDRAM_DQ[7], PIN_
SDRAM_DQ[8], PIN_
SDRAM_DQ[9], PIN_
SDRAM_DQ[10], PIN_
SDRAM_DQ[11], PIN_
SDRAM_DQ[12], PIN_
SDRAM_DQ[13], PIN_
SDRAM_DQ[14], PIN_
SDRAM_DQ[15], PIN_
SDRAM_DQM[0], PIN_
SDRAM_DQM[1], PIN_
SDRAM_RAS_N, PIN_
SDRAM_WE_N, PIN_
// ILI9325
ILI_RS, PIN_
ILI_nWR, PIN_
ILI_nRD, PIN_
ILI_DB[0], PIN_
ILI_DB[1], PIN_
ILI_DB[2], PIN_
ILI_DB[3], PIN_
ILI_DB[4], PIN_
ILI_DB[5], PIN_
ILI_DB[6], PIN_
ILI_DB[7], PIN_
ILI_nCS, PIN_
ILI_nRST, PIN_
// ADS7803
ADS_CLK, PIN_
ADS_nCS, PIN_
ADS_DIN, PIN_
ADS_DOUT, PIN_
ADS_BUSY, PIN_
ADS_nIRQ, PIN_
// SD Card
SD_CLK, PIN_
SD_nCS, PIN_
SD_DIN, PIN_
SD_DOUT, PIN_
步骤7 约束时钟
自行研究。
步骤8 编译
自行研究。
源码下载
目录
1 [原创][连载].基于SOPC的简易数码相框 - Quartus II部分（硬件部分）
2 [原创][连载].基于SOPC的简易数码相框 - Nios II SBTE部分（软件部分）- 配置工作
3 [原创][连载].基于SOPC的简易数码相框 - Nios II SBTE部分（软件部分）- SD卡（SPI模式）驱动
4 [原创][连载].基于SOPC的简易数码相框 - Nios II SBTE部分（软件部分）- TFT-LCD（控制器为ILI9325）驱动
5 [原创][连载].基于SOPC的简易数码相框 - Nios II SBTE部分（软件部分）- 从SD卡内读取图片文件，然后显示在TFT-LCD上
6 [原创][连载].基于SOPC的简易数码相框 - Nios II SBTE部分（软件部分）- 优化工作
7 [原创][连载].基于SOPC的简易数码相框 - Nios II SBTE部分（软件部分）- ADS7843触摸屏驱动测试
