安德鲁

[原创].怎样制作一个简单ip，以方便在Quartus II和Nios II中使用？.[Avalon][C][Nios II][Quartus II][SOPC Builder][Verilog]

0赞
发表于 2010/6/11 11:30:11 阅读（3191）

概述：此处，我以Lcd12864（ST7920）作为范例，进行粗浅讲解，望各位网友踊跃拍砖。

0 软硬件环境

软件：Altera Quartus II 9.1 + Nios II 9.1 Software Build Tools for Eclipse

硬件：艾米电子EP2C8开发板（EP2C8Q208C8 + 16 bit SDRAM 64MB + EPCS4）

1 硬件部分

1.1 Avalon-MM接口（读作：阿窝龙妹妹接口）

Avalon Memory-Mapped接口，简称为 Avalon-MM接口，用于在存储映射系统中描述主从元件（component）的读/写接口。


图1.1 Amy_S_lcd12864 IP与System Interconnect Fabric的连线框图


图1.2 某带有Amy_S_lcd12864 IP的Avalon系统框图

1.2 从设备读写时序

请参考手册《Avalon Interface Specification》，此处略去。

1.3 HDL模块及说明

1.3.1 模块介绍

表1.1 Amy_S_lcd12864 IP的HDL源代码模块介绍

文件名称 功能描述
Amy_S_lcd12864_avalon_interface.v Amy_S_lcd12864 Avalon接口文件
1.3.2 源代码

注：本文所涉及verilog代码，是按照Verilog 2001规范编写的。Avalon信号类型命名参考图1.3。


图1.3 Naming Convention for Avalon Signal Type

1.3.2.1 Amy_S_lcd12864_avalon_interface.v
001 /*-----版权声明-----
002 * 艾米电子工作室——让开发变得更简单
003 * 网站：http://www.amy-studio.com
005 * QQ（邮箱）：amy-studio@qq.com
006 *-----文件信息-----
007 * 文件名称：Amy_S_lcd12864_avalon_interface.v
008 * 最后修改日期：3.20, 2010
009 * 描述：Lcd12864的Avalon接口描述文件
010 *------------------
011 * 创建者：张亚峰
012 * 创建日期：3.20, 2009
013 * 版本：1.0
014 * 描述：原始版本
015 *------------------
016 * 修改者：
017 * 修改日期：
018 * 版本：
019 * 描述：
020 *-------------------
021 */
022
023 moduleAmy_S_lcd12864_avalon_interface(
024 // Clcok Input
025 inputcsi_clk,
026 inputcsi_reset_n,
027 // Avalon-MM Slave
028 inputavs_chipselect,
029 input[1:0] avs_address,
030 inputavs_write,
031 input[31:0] avs_writedata,
032 inputavs_read,
033 output[31:0] avs_readdata,
034 // Conduit End
035 // lcd12864 interface
036 outputregcoe_e,
037 outputregcoe_rw,
038 outputregcoe_rs,
039 inout[7:0] coe_data_io
040 );
041
042 //++++++++++++++++++++++++++++++++++++++
043 // 写 开始
044 //++++++++++++++++++++++++++++++++++++++
045 reg[7:0] coe_data_o;
046
047 always@(posedgecsi_clk,negedgecsi_reset_n)
048 begin
049 if(!csi_reset_n)
050 begin
051 coe_e <=1'b0;
052 coe_rw <=1'b0;
053 coe_rs <=1'b0;
054 coe_data_o <=8'b0;
055 end
056 elseif(avs_chipselect & avs_write)
057 begin
058 case(avs_address)
059 0: coe_e <= avs_writedata[0];
060 1: coe_rw <= avs_writedata[0];
061 2: coe_rs <= avs_writedata[0];
062 3: coe_data_o <= avs_writedata[7:0];
063 endcase
064 end
065 end
066 //--------------------------------------
067 // 写 结束
068 //--------------------------------------
069
070 //++++++++++++++++++++++++++++++++++++++
071 // 读 开始
072 //++++++++++++++++++++++++++++++++++++++
073 reg[7:0] readdata_r;
074 wire[7:0] coe_data_i;
075
076 always@(posedgecsi_clk)
077 if(avs_chipselect & avs_read)
078 begin
079 if(avs_address == 3)
080 readdata_r <= coe_data_i;
081 else
082 readdata_r <=8'b0;
083 end
084 else
085 readdata_r <=8'b0;
086
087 assignavs_readdata = {24'b0, readdata_r};
088 //--------------------------------------
089 // 读 结束
090 //--------------------------------------
091
092
093 //++++++++++++++++++++++++++++++++++++++
094 // 双向口 开始
095 //++++++++++++++++++++++++++++++++++++++
096 regcoe_data_o_en;
097
098 always@(posedgecsi_clk)
099 if(avs_chipselect & avs_write)
100 coe_data_o_en <=1'b0;
101 elseif(avs_chipselect & avs_read)
102 coe_data_o_en <=1'b1;
103
104 assigncoe_data_i = coe_data_io;
105 assigncoe_data_io = coe_data_o_en ?8'bz: coe_data_o;
106 //--------------------------------------
107 // 双向口 结束
108 //--------------------------------------
109
110 endmodule
1.3.3 一些说明

ST7920的E、RW和RS都是单向的，而DATA总线是双向的；故在此处nios既需要写数据给ST7920，又需要从ST7920读数据。

从42行到68行，即nios向ST7920写数据。注意，谁给nios写数据呢？请看图1.4。


图1.4 NII、nios cpu和ST7920通信框图

从70行到90行，是nios从ST7920读数据。由于只有DATA总线需要读，其他的管脚就不写了，呵呵。

从93行到108行，是对DATA双向总线的处理。读或写只是简单由Avalon的读、写信号来控制的。这个技巧是我从open-cores里面的 基于wishbone总线的IIC从设备的IP上学到的。注意：ST7920是低速设备，此处只做简单处理；高速设备请大家自行斟酌。

还有一点需要说明，chipselect在Nios II 9.0之后就不是必须的信号，此处加上，只为和以前的版本兼容。

2 软件部分

表2.1 Amy_S_lcd12864 IP的C源代码模块介绍

文件名称 功能描述
Amy_S_lcd12864.h Amy_S_lcd12864 的C头文件
Amy_S_lcd12864.c Amy_S_lcd12864 的C源文件

2.1 C头文件

2.1.1 Amy_S_lcd12864.h
01 /*-----版权声明-----
02 * 艾米电子工作室——让开发变得更简单
05 * QQ（邮箱）：amy-studio@qq.com
06 *----- 文件信息-----
07 * 文件名称：Amy_S_lcd12864.h
08 * 最后修改日期：3.20, 2009
09 * 描述：Lcd12864驱动宏文件
10 *------------------
11 * 创建者：张亚峰
12 * 创建日期：3.20, 2009
13 * 版本：1.0
14 * 描述：原始版本
15 *------------------
16 * 修改者：
17 * 修改日期：
18 * 版本：
19 * 描述：
20 *-------------------
21 */
22
23
24 #ifndef __Amy_S_LCD12864_H__
25 #define __Amy_S_LCD12864_H__
26
27
28 //++++++++++++++++++++++++++++++++++++++
29 // 基地址 开始
30 // 根据SOPC Builder设置编写
31 //++++++++++++++++++++++++++++++++++++++
32 #include "system.h"
33
34 #define lcd12864_addr LCD12864_BASE
35 //--------------------------------------
36 // 基地址 开始
37 //--------------------------------------
38
39
40 //++++++++++++++++++++++++++++++++++++++
41 // 寄存器映射 开始
42 // 根据HDL编写
43 //++++++++++++++++++++++++++++++++++++++
44 #include
45
46 #define IOWR_LCD12864_E(base, data) IOWR(base, 0, data)
47 #define IOWR_LCD12864_RW(base, data) IOWR(base, 1, data)
48 #define IOWR_LCD12864_RS(base, data) IOWR(base, 2, data)
49 #define IOWR_LCD12864_DATA(base, data) IOWR(base, 3, data)
50 #define IORD_LCD12864_DATA(base) IORD(base, 3)
51 //--------------------------------------
52 // 寄存器映射 结束
53 //--------------------------------------
54
55
56 //++++++++++++++++++++++++++++++++++++++
57 // 管脚操作 开始
58 //++++++++++++++++++++++++++++++++++++++
59 #define SET_E IOWR_LCD12864_E(lcd12864_addr, 1)
60 #define CLR_E IOWR_LCD12864_E(lcd12864_addr, 0)
61 #define SET_RW IOWR_LCD12864_RW(lcd12864_addr, 1)
62 #define CLR_RW IOWR_LCD12864_RW(lcd12864_addr, 0)
63 #define SET_RS IOWR_LCD12864_RS(lcd12864_addr, 1)
64 #define CLR_RS IOWR_LCD12864_RS(lcd12864_addr, 0)
65 #define WR_DATA(data) IOWR_LCD12864_DATA(lcd12864_addr, data)
66 #define RD_DATA IORD_LCD12864_DATA(lcd12864_addr)
67 //--------------------------------------
68 // 管脚操作 结束
69 //--------------------------------------
70
71
72 //++++++++++++++++++++++++++++++++++++++
73 // 函数声明 开始
74 //++++++++++++++++++++++++++++++++++++++
75 externvoidLCD12864_CheckBusy(void);
76 externvoidLcd12864_WrCmd(alt_u8 cmd);
77 externvoidLcd12864_WrData(alt_u8 data);
78 externvoidLcd12864_Init(void);
79 externvoidLcd12864_WrChar(alt_u8 row, alt_u8 col, alt_u8 *pCN, alt_u8 n);
80 //--------------------------------------
81 // 函数声明 结束
82 //--------------------------------------
83
84
85 #endif /* __Amy_S_LCD12864_H__ */
2.1.2 一些说明

最后面的那个是发布博客的时候带出来的，不属于头文件。

从28行到37行，是根据SOPC Builder设置编写的lcd12864的基地址，需要system.h的支持。注：system.h就是和SOPC Builder设置一一对应的；当在NII中建立工程时，system.h就根据sopcinfo（Nios II 9.1 Software Build Tools for Eclipse使用，不是Nios II 9.1 IDE）文件自动生产。

第40行到第53行，是自己编写的一些宏，这个叫Register Map（寄存器映射），以前都是单独放在一个头文件里（如xxx_regs.h）。由于NII 9.1貌似不支持HAL的自动初始化（我研究的结果是不行，不知道Altera公司有没有相关的变动声明），因此就没有向8.1那样书写HAL。注 意，0、1~3是OFFSET（偏移地址），请参考HDL代码编写。

从56行到69行，是一些管脚操作的宏，这样写，主要是方便移植。大家也可以不写寄存器映射，直接写管脚操作的宏也行，注意替换哟。

实际上大家也可以使用ARM方式的寄存器访问方式，譬如
1 #define CS *(volatile unsigned *) CS_BASE // 片选信号 --低有效

这种貌似更好操作。由于我没有深入研究这种寄存器访问方式，这里就不多说了。

下面的几行和各种MCU大同小异。

2.2 C源文件

2.2.1 Amy_S_lcd12864.c
01 /*-----版权声明-----
02 * 艾米电子工作室——让开发变得更简单
05 * QQ（邮箱）：amy-studio@qq.com
06 *----- 文件信息-----
07 * 文件名称：Amy_S_lcd12864.c
08 * 最后修改日期：3.20, 2009
09 * 描述：Lcd12864驱动源文件
10 *------------------
11 * 创建者：张亚峰
12 * 创建日期：3.20, 2009
13 * 版本：1.0
14 * 描述：原始版本
15 *------------------
16 * 修改者：
17 * 修改日期：
18 * 版本：
19 * 描述：
20 *-------------------
21 */
22
23 #include "Amy_S_lcd12864.h"
24 #include "alt_types.h"
25 #include "unistd.h"
26
27 voidLCD12864_CheckBusy(void)
28 {
29 CLR_RS;// 指令
30 SET_RW;// 读
31 SET_E;
32 while((RD_DATA&0x80) == 0x80);// 检测busy flag
33 CLR_E;
34 usleep(72);// 72us
35 }
36
37 voidLcd12864_WrCmd(alt_u8 cmd)
38 {
39 LCD12864_CheckBusy();
40 CLR_RS;// 指令
41 CLR_RW;// 写
42 SET_E;
43 WR_DATA(cmd);
44 CLR_E;
45 usleep(72);// 72us
46 }
47
48 voidLcd12864_WrData(alt_u8 data)
49 {
50 LCD12864_CheckBusy();
51 SET_RS;// 数据
52 CLR_RW;// 写
53 SET_E;
54 WR_DATA(data);
55 CLR_E;
56 usleep(72);// 72us
57 }
58
59 voidLcd12864_Init(void)
60 {
61 usleep(40*1000);
62 Lcd12864_WrCmd(0x30);// 8bit
63 usleep(100);
64 Lcd12864_WrCmd(0x30);// basic function
65 usleep(37);
66 Lcd12864_WrCmd(0x0F);// 整体显示开 游标开 反白
67 usleep(100);
68 Lcd12864_WrCmd(0x10);// 游标左移
69 usleep(100);
70 Lcd12864_WrCmd(0x01);
71 usleep(10*1000);
72 Lcd12864_WrCmd(0x06);// 画面整体右移
73 }
74
75 voidLcd12864_WrChar(alt_u8 row, alt_u8 col, alt_u8 *pCN, alt_u8 n)
76 {
77 alt_u8 i, addr;
78 row &= 0x03;// row < 4
79 col &= 0x07;// col < 8
80 switch(row)
81 {
82 case0: addr = 0x80;break;
83 case1: addr = 0x90;break;
84 case2: addr = 0x88;break;
85 case3: addr = 0x98;break;
86 }
87 addr += col;
88 Lcd12864_WrCmd(addr);
89 for(i=0; i<2*n; i++)
90 {
91 Lcd12864_WrData(pCN[i]);// 写字符数据
92 }
93 }
2.2.2 一些说明

呵呵，这个就不说明了，大家自己看。

3 使用举例

注意：9.1环境。

3.1 在SOPC Builder中添加组件

从File-NewComponent.. 打开Component Editor，单击HDL Files标签，添加所编写的HDL文件。如图3.1所示。


图3.1 添加HDL文件

由于所编写的HDL完全是按照规范的，因此直接单击Component Wizard即可，编写IP信息，如图3.2所示。


图3.2 编写IP信息

单击Finish，IP添加成功，如图 3.3所示。


图3.4 添加成功后的IP

3.2 在SOPC Builder中例化

这个就不多说了，直接上图，请看图3.5。


图3.5 例化后的IP 1

注意lcd12864是随便起的名字哟，只要不叫IP的名字(Ams_S_lcd12864)就行。


图3.6 例化后的IP 2

3.3 在Nios II中的使用范例

先将Amy_S_lcd12864.h和Amy_S_lcd12864.c拷贝到软件工程内。

3.3.1 使用范例main.c
01 /*-----版权声明-----
02 * 艾米电子工作室——让开发变得更简单
05 * QQ（邮箱）：amy-studio@qq.com
06 *----- 文件信息-----
07 * 文件名称：main.c
08 * 最后修改日期：3.20, 2009
09 * 描述：Lcd12864测试文件
10 *------------------
11 * 创建者：张亚峰
12 * 创建日期：3.20, 2009
13 * 版本：1.0
14 * 描述：原始版本
15 *------------------
16 * 修改者：
17 * 修改日期：
18 * 版本：
19 * 描述：
20 *-------------------
21 */
22
23
24 #include // strlen()
25 #include "Amy_S_lcd12864.h" // 根据SOPC Builder的设置，修改该头文件中的Lcd12864基地址
26
27 intmain()
28 {
29 Lcd12864_Init();// 初始化Lcd12864
30 Lcd12864_WrChar(0, 0,"这不是单片机吗？",strlen("这不是单片机吗？")>>1);
31 Lcd12864_WrChar(1, 0,"这就是单片机呀。",strlen("这就是单片机呀。")>>1);
32 Lcd12864_WrChar(2, 0,"艾米电子出品。",strlen("艾米电子出品。")>>1);
33 Lcd12864_WrChar(2, 0,"艾米电子出品。",strlen("艾米电子出品。")>>1);
34 Lcd12864_WrChar(3, 0,"Amy-studio Pub.",strlen("Amy-studio Pub.")>>1);
35
36 return0;
37 }
3.3.2 一些说明

最后面的那个是发布博客的时候带出来的，不属于头文件。

3.4 使用效果


图3.7 Amy_S_lcd12864 IP使用效果

4 参考资料

1．李兰英等.Nios II嵌入式软核SOPC设计原理及应用.北京航空航天大学出版社.2006

2．周立功等.SOPC嵌入式系统实验教程（一）.北京航空航天大学出版社.2006

3．蔡伟刚.Nios II软件架构解析.西安电子科技大学出版社.2007

4．Altera Handbook.Quartus II Handbook Volume4: SOPC Builder.2009

5．Altera Handbook.Avalon Interface Specifications.2009

6．Altera Handbook.HAL API Reference.2009

7．Altera Website.Avalon Component Interfaces Supported in the Component Editor Version 7.2 and Later

8．Altera Website..Examples of Changes to Typical Avalon Interfaces for the Component Editor Version 7.2 and Later

9．萧鸿森.如 何让Nios II自动抓到自己写的IP的HAL?.2008

10.小時不識月.七段数码管动 态显示IP的研究及设计.(Nios II)(SOPC Builder).2009

Copyright © 2005-2020 kaiyun官方注册版权所有京ICP备10017138号

Baidu
map