实验-1-基于-Quartus-II-设计一个计算机系统.doc

1、实验1基于Quartus II，设计一个计算机系统实验内容：1) 系统硬件组成包含Nios CPU、on_chip_ram和JTAG UART三个模块；2) 编写 C 语言程序 “hello_world_small”；3) 调试运行。实验目的：1) 掌握Quartus II的基本使用方法；2) 学会使用Quartus II来设计一个计算机系统；3) 结合课本知识，进一步加深对计算机系统组成的认识。成果要求：1) 报告设计过程、结果（原理图、仿真结果、源代码）、出现的典型问题及解决过程， 要求结果体现个人设计思路，实验按照本文档应该能够很容易就完成，希望大家都 自己动手。2) 实验报告请按照课程

2、提供的“实验报告模版”来撰写。实验环境1) 下载安装 10.0_quartus_free_windows_rev2.exe2) 下载安装 10.0_nios2eds_windows_rev2.exe3) 如果在我们提供的FTP上下载的版本不能正确安装，请大家到Alter官方网站上下 载，下载时需要注册用户，但是免费的。提示：使用迅雷下载会相当快！实验流程：1.运行Quartus II 10.0(以下简称Q2)，得到如下图所示的程序界面。2.新建工程1)运行 Q2,建立工程，File-New Project Wizad,如下图私 Quartus IIRleEdit View Project As

3、signments Processing Tools Window HelpiOpen Project.Save Project Close Project2)在弹出的对话框中点击Next，出现如下图所示的对话框。选择工作目录 D:/workspace，也可以使用你自己设定的文件夹。工程必须有一个名字，通常情况 下，与顶层设计实体的名字相同。如下图所示，选择system作为工程名和顶层实 体名。单击Next。如果工作目录(D:/workspace)没有创建，则Quartus II会弹出一个对话框，询问是否新建所需的文件夹，选择Yes。因为我已经创建好D:/workspace 了，所以没有出现该

4、对话框。3)完成上图中工作目录等的填写后，单击Next，得到如下图所示的对话框。4)如果没有已经存在的设计文件，点击Next，则打开如下图所示的对话框5)点击Next，最终得到如下图。6)点击Finish,完成工程的创建。其中需要注意的是，由于我们仅仅设计供仿真调试的系统，则在如上的第4)步骤中fpga 器件可以选择为 Auto device selected by the Filter.3.用 SOPC Builder 定制 Nios II 处理器及其外设。打开 Tools-SOPC Builder，Programmer JTAG Chain Debugger Transceiver Too

5、iyt 50PC BuilderMegaWizard Plug-In Manager要求指定系统名字，本例中我们输入lx_c，点击OK，进入SOPC定制界面。在SOPC定制界面的左边，我们可以看到有很多功能模块，这些功能模块，用户可以按 照需要添加到所设计的系统中。首先，我们需要一个CPU，在上图左边的选项框中，展开Processors选项，然后左键双击Nios II Processor，弹出Nios II Processor对话框，我们选择一个经济型的CPU核，即Nios II/e，如下图所示：点击TAG Debug Module标签页，选择第一级调试支持Level 1:点击Finish完成

6、Nios II CPU的配置工作。项目中会增加一个Nios II处理器，名字为cpu_0,为了简便起见，没有将它改名。改名的方法是：右键-ReName，输入名字后回车。如下图：将上图中左边选项框内的Memories and Memory Controllers展开，如下图:Component LibraryemiDries： and Memory Controllers-DDR2 SDRAM Controller wrth UniPHY -DDRS SDRAM Controller wrth UniPHY -QDR II and QDR 11+ SRAM Controller -RLDRAM

7、II Controller with UniPHY s Traffic Generator and BIST Engine DMA -Flash 0-On-Chip-M.alon-ST Dual Clock FIFO M.alon-ST Murti-Channel Shared r .valon-ST Round Robin Schedule -M.alon-ST Single Clock FIFO .Qri-Chitj FIFO MRmnrvL.- On-Chip Memory (RAM or ROTyj)TargetDevice Family:Use | Conn.Stratix IIvM

8、odule Nameinstruction_masterdata_masterjtag_debug_modulem(+-SDRATvr左键双击 On-Chip Memory (RAM or ROM)，为系统添加 RAM。Memory Type 选择 RAM; Data Width 选择 32bits，Total Memory Size 可以选择为 4K bytes，如下图所示:点击Finish确认，返回SOPC Builder界面:将上图左边选项框中的Interface Protocols展开，再展开Serial,选中JTAGUA叮，如下图所示：左键双击JTAG UART，在弹出的对话框中做如

9、下图所示的配置:然后点击Finish，返回SOPC Builder界面:然后左键双击cpu_0选项条，如下图:得到Nios II Processor的配置界面，如下图:对上图中的Reset Vector和Exception Vector进行如下图所示的配置:点击Finish确认，返回SOPC Builder界面。然后，选择System-Auto-Assign Base Addresses,让系统自动分配基地址，如下图:4.同理，选中System-Auto-Assign IRQs，让系统自动分配中断，如下图:做完如上的配置后，点击SOPC Builder界面中的Next，然后点击Generate

10、，并在弹出的 对话框中选择Save，生成系统。如果成功创建，则如下图所示：点击 Exit 退出 SOPC Builder.在Quartus II工程中添加上述Nios II系统。 选中Quartus II的File-New，如下图所示:Quartus II - D:/vorkspace/systeEdit View project色ssignmentsProcessing lools Wndow yel|1 Open,Ctrl+OCloseCtrl+F4j| New Project Wizard.在弹出的对话框中，点击Block Diagram/Schematic File，得到如下图:IO

11、New0-Project，如下图所示:在弹出的对话框中选择Nios II C/C+Application，然后点击Next,如下图:点击Next后，弹出如下图所示的对话框，其中将该文件取名hello_world，并需要将该 文件保存到Quartus II刚才创建的工程所在的目录中，也就是D:workspace，同时在 D:workspace目录中找到刚才我们用Quartus II创建的lx_c.ptf文件，也就是指定该c程序的 目标cpu，并选中Hello World Small模版，如下图所示：作如上图所示的配置后，点击Finish，弹出如下图所示的对话框:其中，箭头处的内容是可以修改的。接

12、下来，在左面选项卡中选择hello_world，并单 击鼠标右键，在弹出的菜单选项中选择Build Project，如下图所示：o e- ii b Use ALT vers:Functioialtpi: int-faltputstralt.put. cliaialtgetchai曰altera, componentsbin由(2 IF Device Drivers _7 Hewlib C Library 由os II Software Packages0-10-lS KellcGo IntoRebuild IndexActive Bn i 1 d C on i giir a t i on卜Run As卜Debug Ae卜nclude sys/alt s t. : t lua i n i；)alt_putstr(Hello d左键单击Build Project，在弹出的对话框中显示正在进行编译，如下图所示：Build FrojCle：ari Frojectwhile ill:Open in New Window编译成功，则显示出如下图所示的内容成功编译后，选中菜单Run-Run As-3 Nios II ISS,并单击3 Nios II ISS,开始运行，如下图所示：如果正确运行，则得到如下图所示的结果:这样，就完成了本实验。