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nios_ii之uart串口通信实验

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nios_ii之uart串口通信实验 [2020/07/03 16:54]
zgf 		nios_ii之uart串口通信实验 [2022/03/22 10:31] (当前版本)
sean
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 ^  版本 ​ ^  日期 ​ ^  作者 ​ ^  修改内容 ​ ^ ^  版本 ​ ^  日期 ​ ^  作者 ​ ^  修改内容 ​ ^
 |  V1.0  |  2020-07-03 ​ |  gingko ​ |  初次建立 ​ |  |  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 ====
 +
 +  - iCore4 双核心板[[https://​item.taobao.com/​item.htm?​spm=a1z10.1-c-s.w4004-22598974120.15.5923532fsFrHiE&​id=551864196684|点击购买]]。
 +  - Blaster（或相同功能）仿真器[[https://​item.taobao.com/​item.htm?​id=554869837940|点击购买]]。
 +  - JLINK（或相同功能）仿真器。
 +  - Micro USB线缆。
 +  - Quartus开发平台。
 +  - 电脑一台。
 +==== 三、 硬件连接 ====
 +
 +{{ :​icore4:​icore4_fpga_20_0.png?​direct |}}
 +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：
 +{{ :​icore4:​icore4_fpga_20_1.png?​direct |图20-1}}
 +2、下面添加UART接口模块，选择Tools->​Qsys，如图所示：
 +{{ :​icore4:​icore4_fpga_20_2.png?​direct |图20-2}}
 +3、打开已有的noisII工程，如图所示：
 +{{ :​icore4:​icore4_fpga_20_3.png?​direct |图20-3}}
 +{{ :​icore4:​icore4_fpga_20_4.png?​direct |图20-4}}
 +4、进入后界面如图所示：
 +{{ :​icore4:​icore4_fpga_20_5.png?​direct |图20-5}}
 +5、在界面左侧选择Interface Protocols->​Serial->​Serial->​UART(RS-232 serial port),​然后添加。
 +{{ :​icore4:​icore4_fpga_20_6.png?​direct |图20-6}}
 +6、在此界面参数设置如图所示，然后点击Finish:​
 +{{ :​icore4:​icore4_fpga_20_7.png?​direct |图20-7}}
 +7、添加成功后界面如图所示：
 +{{ :​icore4:​icore4_fpga_20_8.png?​direct |图20-8}}
 +8、对uart模块进行重命名为uart，如图所示：
 +{{ :​icore4:​icore4_fpga_20_9.png?​direct |图20-9}}
 +9、双击uart模块下面external_connection后面的Double-click to改为uart如图所示。
 +{{ :​icore4:​icore4_fpga_20_10.png?​direct |图20-10}}
 +10、下面开始连接时钟线，右击uart下面的clk与clk_0连线：
 +{{ :​icore4:​icore4_fpga_20_11.png?​direct |图20-11}}
 +11、连接复位线，如图所示。
 +{{ :​icore4:​icore4_fpga_20_12.png?​direct |图20-12}}
 +12、连接信号线s1，如图所示：
 +{{ :​icore4:​icore4_fpga_20_13.png?​direct |图20-13}}
 +13、连接中断信号线，如图所示：
 +{{ :​icore4:​icore4_fpga_20_14.png?​direct |图20-14}}
 +14、程序代码较大，修改内存大小，如图所示：
 +{{ :​icore4:​icore4_fpga_20_15.png?​direct |图20-15}}
 +{{ :​icore4:​icore4_fpga_20_16.png?​direct |图20-16}}
 +15、点击System->​Assign Base Address重新分配基地址，如图所示：
 +{{ :​icore4:​icore4_fpga_20_17.png?​direct |图20-17}}
 +16、选择菜单栏中的Generate->​Generate,​重新编译：
 +{{ :​icore4:​icore4_fpga_20_18.png?​direct |图20-18}}
 +17、点击Generate开始编译，如图所示：
 +{{ :​icore4:​icore4_fpga_20_19.png?​direct |图20-19}}
 +18、直接点击关闭即可：
 +{{ :​icore4:​icore4_fpga_20_20.png?​direct |图20-20}}
 +19、关闭 Qsys 窗口，回到 Quartus 主界面，如图所示：
 +{{ :​icore4:​icore4_fpga_20_21.png?​direct |图20-21}}
 +20、在此界面右击选择 Update Symbol or Block…
 +{{ :​icore4:​icore4_fpga_20_22.png?​direct |图20-22}}
 +21、直接点击 OK 即可。
 +{{ :​icore4:​icore4_fpga_20_23.png?​direct |图20-23}}
 +22、界面如图所示：
 +{{ :​icore4:​icore4_fpga_20_24.png?​direct |图20-24}}
 +23、右击 ledcorel 模块生成引脚，如图所示 ：
 +{{ :​icore4:​icore4_fpga_20_25.png?​direct |图20-25}}
 +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 ：
 +{{ :​icore4:​icore4_fpga_20_26.png?​direct |图20-26}}
 +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。
 +{{ :​icore4:​icore4_fpga_20_27.png?​direct |图20-27}}
 +2、选择 Generate BSP，如图所示：
 +{{ :​icore4:​icore4_fpga_20_28.png?​direct |图20-28}}
 +3、右击 led 选择 Update with Modified Files，如图所示：
 +{{ :​icore4:​icore4_fpga_20_29.png?​direct |图20-29}}
 +4、将以下代码写到 main.c 中。
 +<code c>
 +/*
 +* 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;
 +}
 +</​code>​
 +5、右击 led 选择 Build Project 编译工程，如图所示:​
 +{{ :​icore4:​icore4_fpga_20_30.png?​direct |图20-30}}
 +6、编译成功后会出现 led build complete,​如图所示:​
 +{{ :​icore4:​icore4_fpga_20_31.png?​direct |图20-31}}
 +7、右击 led 选择 Run As…->​32 Nios II Hardware,​如图所示:​
 +{{ :​icore4:​icore4_fpga_20_32.png?​direct |图20-32}}
 +8、可能出现如下窗口，在 Target Connection 中点击 Refresh Connections。
 +{{ :​icore4:​icore4_fpga_20_33.png?​direct |图20-33}}
 +9、点击 RUN
 +{{ :​icore4:​icore4_fpga_20_34.png?​direct |图20-34}}
 +10、成功后可以看到 FPGA 蓝色 LED 闪烁，串口助手上如下图所示：
 +{{ :​icore4:​icore4_fpga_20_35.png?​direct |图20-35}}
 +==== 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！）。
 +
nios_ii之uart串口通信实验.1593766483.txt.gz · 最后更改: 2020/07/03 16:54 由 zgf

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