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| 版本 | 日期 | 作者 | 修改内容 |
|---|---|---|---|
| V1.0 | 2020-07-03 | gingko | 初次建立 |
实验二十：NIOSII之UART串口通信实验
一、 实验目的与意义
- 了解UART接口模块的工作原理。
- 掌握UART接口模块的使用方法。
- 掌握QuartusII的使用方法。
二、 实验设备及平台
三、 硬件连接
序号与引脚对应表
| 序号 | 对应端口名称 | 对应引脚 |
| 1 | Uart_rxd | PIN_U7 |
| 2 | Uart_txd | PIN_Y7 |
| 3 | gnd | – |
四、 实验内容
一、硬件部分
1、首先打开实验十八里面建立的工程（所有路径保持不变），如图所示：
2、下面添加UART接口模块，选择Tools→Qsys，如图所示：
3、打开已有的noisII工程，如图所示：
4、进入后界面如图所示：
5、在界面左侧选择Interface Protocols→Serial→Serial→UART(RS-232 serial port),然后添加。
6、在此界面参数设置如图所示，然后点击Finish:
7、添加成功后界面如图所示：
8、对uart模块进行重命名为uart，如图所示：
9、双击uart模块下面external_connection后面的Double-click to改为uart如图所示。
10、下面开始连接时钟线，右击uart下面的clk与clk_0连线：
11、连接复位线，如图所示。
12、连接信号线s1，如图所示：
13、连接中断信号线，如图所示：
14、程序代码较大，修改内存大小，如图所示：
15、点击System→Assign Base Address重新分配基地址，如图所示：
16、选择菜单栏中的Generate→Generate,重新编译：
17、点击Generate开始编译，如图所示：
18、直接点击关闭即可：
19、关闭 Qsys 窗口，回到 Quartus 主界面，如图所示：
20、在此界面右击选择 Update Symbol or Block…
21、直接点击 OK 即可。
22、界面如图所示：
23、右击 ledcorel 模块生成引脚，如图所示 ：
24、为串口模块端口分配引脚(建议用 tcl 文件导入的方法)，如图所示 ：
25、保存并编译工程，编译成功后硬件实现部分就完成了， 下载到 FPGA 中， 下面开 始软件部分的实现。
二、软件部分
1、点击菜单栏中的 Tool→Nios II Software Build Tools for Eclipse，打开 NIOSII 软件，选 择正确的路径（与 Quartus 工程路径相同），点击 OK。
2、选择 Generate BSP，如图所示：
3、右击 led 选择 Update with Modified Files，如图所示：
4、将以下代码写到 main.c 中。
/* * FILE : main.c * DESCRIPTION : This file is main files. * Author : XiaomaGee@Gmail.com * Copyright : * * History * -------------------- * Rev : 0.00 * Date : 09/05/2012 * * create. * -------------------- */ //-----------------Include files-------------------------// #include "stdio.h" #include "unistd.h" #include "system.h" #include "string.h" #include "sys/alt_irq.h" unsigned int receive_flag=0; unsigned int receive_count=0; unsigned char receive_buffer[200]; //----------------函数声明-----------------// static int uart_send_byte(unsigned char data); static void uart_send_string(unsigned int len, unsigned char *str); static int uart_init(void); static void uart_ISR(void *context); static int set_baudrate(unsigned int baudrate); typedef struct { volatile unsigned long int DATA; volatile unsigned long int DIRECTION; volatile unsigned long int INTERRUPT_MASK; volatile unsigned long int EDGE_CAPTURE; }PIO_T; typedef struct { union{ struct{ volatile unsigned long int RECEIVE_DATA :8; volatile unsigned long int NC :24; }BITS; volatile unsigned long int WORD; }RXDATA; union{ struct{ volatile unsigned long int TRANSMIT_DATA :8; volatile unsigned long int NC :24; }BITS; volatile unsigned long int WORD; }TXDATA; union{ struct{ volatile unsigned long int PE :1; volatile unsigned long int FE :1; volatile unsigned long int BRK :1; volatile unsigned long int ROE :1; volatile unsigned long int TOE :1; volatile unsigned long int TMT :1; volatile unsigned long int TRDY :1; volatile unsigned long int RRDY :1; volatile unsigned long int E :1; volatile unsigned long int NC :1; volatile unsigned long int DCTS :1; volatile unsigned long int CTS :1; volatile unsigned long int EOP :1; volatile unsigned long int NC1 :19; }BITS; volatile unsigned long int WORD; }STATUS; union{ struct{ volatile unsigned long int IPE :1; volatile unsigned long int IFE :1; volatile unsigned long int IBRK :1; volatile unsigned long int IROE :1; volatile unsigned long int ITOE :1; volatile unsigned long int ITMT :1; volatile unsigned long int ITRDY :1; volatile unsigned long int IRRDY :1; volatile unsigned long int IE :1; volatile unsigned long int TRBK :1; volatile unsigned long int IDCTS :1; volatile unsigned long int RTS :1; volatile unsigned long int IEOP :1; volatile unsigned long int NC :19; }BITS; volatile unsigned long int WORD; }CONTROL; union{ struct{ volatile unsigned long int BAUD_RATE_DIVISOR :16; volatile unsigned long int NC :16; }BITS; volatile unsigned int WORD; }DIVISOR; }UART_ST; #define LED ((PIO_T *)(LED_BASE|1<<31)) #define UART ((UART_ST *)(UART_BASE|1<<31)) //-----------------Function------------------------------// int main() { unsigned char buffer[30] = "Hello! I am iCore4!\n"; uart_init(); while (1) { /*蓝色led灯闪烁*/ LED->DATA = 1; usleep(500000); LED->DATA = 0; usleep(500000); /*串口通信*/ if(receive_flag){ receive_flag = 0;//clear flags memset(buffer,0,50);// clear buffer strcpy(buffer,receive_buffer);//copy buffer uart_send_string(sizeof(buffer),buffer); } uart_send_string(sizeof(buffer),buffer); usleep(500000); } return 0; } /* * === FUNCTION ======================================================= * Name : uart_send_byte * DESCRIPTION : 发送一个Byte * Author : XiaomaGee@Gmail.com * Copyright : * * History * -------------------- * Rev : 0.00 * Date : 06/05/2016 * * create. * -------------------- * ================================================================= */ int uart_send_byte(unsigned char data) { UART->TXDATA.BITS.TRANSMIT_DATA = data; while(!UART->STATUS.BITS.TRDY); return 0; } /* * === FUNCTION ======================================================= * Name : uart_send_string * DESCRIPTION : 串口发送函数 * Author : XiaomaGee@Gmail.com * Copyright : * * History * -------------------- * Rev : 0.00 * Date : 06/05/2016 * * create. * -------------------- * ====================================================================== */ void uart_send_string(unsigned int len, unsigned char *str) { while(len--) { uart_send_byte(*str++); } } /* * === FUNCTION ======================================================= * Name : uart_init * DESCRIPTION : 串口初始化 * Author : XiaomaGee@Gmail.com * Copyright : * * History * -------------------- * Rev : 0.00 * Date : 06/05/2016 * * create. * -------------------- * ================================================================= */ int uart_init(void) { //将波特率设置为9600 //set_baudrate(9600); //将控制寄存器IRRDY置1，在接收准备好后使能中断 UART->CONTROL.BITS.IRRDY=1; //将状态寄存器全部清零 UART->STATUS.WORD=0; //为UART注册中断 alt_irq_register(UART_IRQ,NULL,uart_ISR); return 0; } /* * === FUNCTION ======================================================= * Name : uart_ISR * DESCRIPTION : 串口中断服务函数 * Author : XiaomaGee@Gmail.com * Copyright : * * History * -------------------- * Rev : 0.00 * Date : 06/05/2016 * * create. * -------------------- */ static void uart_ISR(void *context) { //等待状态寄存器RRDY置1，当RRDY为1时表示接收的数据已经传输到RXDATA中 while(!(UART->STATUS.BITS.RRDY)); receive_buffer[receive_count++] = UART->RXDATA.BITS.RECEIVE_DATA; //接收的数据以换行符'\n'为结束标志，所以PC端的发送数据最后必须添加上'\n' if(receive_buffer[receive_count-1]=='\n'){ receive_buffer[receive_count]='\0'; receive_count=0; receive_flag=1; } } /* * === FUNCTION ======================================================= * Name : set_baudrate * DESCRIPTION : 设置波特率 * Author : XiaomaGee@Gmail.com * Copyright : * * History * -------------------- * Rev : 0.00 * Date : 06/05/2016 * * create. * -------------------- * ================================================================= */ int set_baudrate(unsigned int baudrate) { UART->DIVISOR.WORD=(unsigned int)(ALT_CPU_FREQ/baudrate+0.5); return 0; }
5、右击 led 选择 Build Project 编译工程，如图所示:
6、编译成功后会出现 led build complete,如图所示:
7、右击 led 选择 Run As…→32 Nios II Hardware,如图所示:
8、可能出现如下窗口，在 Target Connection 中点击 Refresh Connections。
9、点击 RUN
10、成功后可以看到 FPGA 蓝色 LED 闪烁，串口助手上如下图所示：
五、 实验现象
- FPGA 蓝色 LED 闪烁，串口助手（Commix）上显示收到的数据（Hello！ I am iCore4！）。