目錄
- 一、認識Nios II
- 二、使用Quartus II 18.0Lite搭建Nios II硬件部分
- 三、軟件部分
- 四、運行項目
一、認識Nios II
- Nios II軟核處理器簡介
Nios II是Altera公司推出的一款32位RISC嵌入式處理器，專門設計用于在FPGA上運行。作為軟核處理器，Nios II可以通過硬件描述語言在FPGA內部實現，這使得它具有極高的靈活性和可定制性。Nios II處理器能夠滿足各種應用對32位嵌入式微處理器的需求，用戶可以根據自己的系統需求選擇合適的處理器型號，以達到性能和成本的最佳平衡。
- Nios II的特點和優勢
Nios II處理器的最大特點是它是運行在FPGA上的軟核處理器。與傳統的硬核處理器相比，軟核處理器可以根據需要進行裁剪和定制，提供了更大的靈活性。Nios II支持使用專用指令，允許用戶增加硬件模塊來執行復雜運算任務，從而為時序要求緊張的軟件提供加速算法。此外，Nios II系列支持60多個外設選項，使得開發者能夠選擇合適的外設，獲得最合適的處理器、外設和接口組合。
- Nios II系列的分類
Nios II系列包括三種產品型號：Nios II/f（快速）、Nios II/s（標準）和Nios II/e（經濟）。這三種產品型號都具有32位處理器的基本結構單元，包括32位指令大小、32位數據和地址路徑、32位通用寄存器和32個外部中斷源。它們使用相同的指令集架構（ISA），并且100%二進制代碼兼容，這意味著設計者可以根據系統需求的變化更改CPU型號，而不會影響已有的軟件投入。
二、使用Quartus II 18.0Lite搭建Nios II硬件部分
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新建一個名為
Nios_II的項目文件。
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選擇與DE2-115板子上相同型號的芯片
EP4CE115F29C7并點擊Finish完成配置。
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點擊
Plateform Designer,開始搭建硬件部分
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在左上角搜索框輸入NIOS，單擊選擇Embedded目錄下的
Nios II Processor
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如果Quartus II是Lite版本的要把Nios II Core選為
Nios II/e，因為Lite版本不支持高性能的Nios II，編譯的時候會報錯，若想使用Quartus需要標準版及以上版本，如果是標準及以上版本就可以選擇NIos II/f。其余配置默認即可，點擊Finish完成該部分配置。然后再將其更名為cpu。
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添加JTAG_UART接口，選擇Interface目錄下的JTAG UART，配置默認即可，點擊finish并更名為jtag_uart。
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配置片上存儲器 On-Chip Memory，選擇Basic目錄下的On-Chip Memory，并將總存儲大小改為40k，完成配置，然后改名為onchip_ram。
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添加PIO接口，默認即可，更名為pio_led。
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添加System ID,默認即可，更名為sysid。
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根據下圖進行連接，并在pio_led的external處添加名為
out_led的輸出端口。
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雙擊cpu在Vectors中進行如圖配置，如果找不到
onchip_ram.s1應該檢查連線是否正確，點擊System => Assign Base Address，使Base欄不出現重復的地址。點擊File => Save保存該項目。
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點擊Generate => Generate HDL開始生成，等待其生成完畢，關閉Plateform Designer。
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新建BDF（Block Diagram/Schematic File）文件，按照圖中順序添加kernel
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右鍵單擊kernel選擇
Generate Pins for Symbol Ports為其添加管腳。并將clk_clk管腳更名為clk,out_led_export[7:0]管腳更名為pio_led[7:0]，reset_reset_n管腳更名為reset_n。
15.添加kernel.qip后保存bdf文件為Nios_II.bdf進行語法編譯，芯片引腳設計保持默認即可。
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點擊Pin Planner，參考DE2-115管腳圖開始配置管腳
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完成針腳配置后關閉Pin Planner，完全編譯項目，編譯通過即表示硬件部分設計完成。
三、軟件部分
- 點擊 Tools => Nios II Software Build Tools for Eclipse 打開 Nios II SBT for Eclipse,把默認目錄更改到這個項目目錄。
- 創建新的軟件應用，點擊File => New => Nios II Application and BSP from Template。選擇項目目錄下的.sopcinfo文件，并將其命名為hello_led，點擊finish開始生成Template。
- 打開hello_led文件夾下單hello_world.c文件，并對.c文件內容進行更改以實現Console輸出以及流水燈。
代碼尚有不完善的地方，比如難以分辨新的輸出語句“Hello from Nios II!\n"，可在后面添加變量n加以分辨，原始代碼如下：
#include "system.h"
#include "altera_avalon_pio_regs.h"
#include "alt_types.h"
#include <stdio.h> // 新增標準輸入輸出頭文件，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啟動信息
// 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);// 保留原有的延時邏輯i = 0;while (i < 500000) {i++;}}return 0; // 理論上無法執行到這里，但保持代碼完整性
}應該修改的代碼為此：
printf("Hello from Nios II!\n",n);
理論修改后的10個循環內的輸出如下：
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：無輸出（count 重置為 0，未執行 printf）
第 9 次：Hello from Nios II! 1
第 10 次：Hello from Nios II! 2
四、運行項目
- . 右鍵單擊hello_led目錄再單擊Build Project ，完成編譯后點擊右上角的Nios II => Quartus Prime Programmer；點擊Add File添加.sof文件，將其下載到DE2-115板子上，如果出現管腳連接錯誤，可能是SW19開關在PROG上，切換到RUN即可下載。
- 在Eclipss中點擊右上角的Run => Run As Nios II Hardware；點擊Target Connection => Refresh Connections出現接口即可先后按下Apply和Run開始運行項目。
- 運行視頻
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