定制Nios II Avalon外设：嵌入式系统中的PWM设计

"嵌入式技术的工程法课件，主要讲解了如何定制Nios II处理器的Avalon用户外设，包括硬件描述、软件设计和SOPCBuilder中的操作步骤。" 在嵌入式系统设计中，Nios II处理器是Altera公司推出的一种可定制的软核CPU，广泛应用于各种嵌入式应用。Avalon是Altera提供的片上系统（SoC）互连架构，它定义了一套标准的接口，使得不同功能的组件能够无缝连接。本课件的重点是介绍如何利用SOPCBuilder来定制Avalon用户外设，特别是设计一个实现PWM（脉宽调制）功能的外设。 首先，一个Avalon外设通常由三部分组成：硬件描述文件（HDL模块，如Verilog或VHDL）、软件文件（包括C语言头文件和驱动程序）以及组件描述文件（class.ptf）。硬件描述文件用于定义外设的电路逻辑，软件文件则包含了对外设进行操作的接口和驱动，而组件描述文件则是SOPCBuilder理解并集成外设所需的信息。 以设计一个Avalon从外设为例，这个外设实现PWM功能。其结构包括周期寄存器（count）、占空比寄存器（duty）、Avalon从端口、减1计数器和PWM输出控制（OUT）。当计数值大于占空比寄存器的值时，输出out为高电平；反之，输出out为低电平。Verilog HDL用于描述这种逻辑，并通过Quartus II进行仿真验证，确保设计的正确性。 在SOPCBuilder中，我们可以将自定义的IP（知识产权）加入到已有的系统结构中。双击进入SOPCBuilder，然后在用户逻辑编辑器中添加相关文件，如寄存器映射头文件、驱动程序和demo例程。这一步骤对于确保软件能正确与硬件交互至关重要。 基于Avalon的用户逻辑（从设备）硬件结构通常包含Avalon接口、控制和状态寄存器、数据寄存器以及其他与应用相关的接口信号。这些接口用于接收和发送来自Avalon总线的命令和数据。 在软件设计方面，课件提到了几个关键文件夹及其内容。例如，`/pwm_hw`包含硬件描述文件，`/pwm_sw`包含软件接口的C文件，`/HAL`则包含Nios II处理器的硬件抽象层（HAL）驱动文件。`/inc`目录下有C头文件，如`avalon_slave_my_pwm_regs.h`定义了硬件寄存器的映射，`altera_avalon_my_pwm_routines.h`声明了访问硬件的函数原型。`/src`中存放驱动源代码，如`altera_avalon_my_pwm_routines.c`，而`/test_software`包含测试软硬件功能的例程，如`hello_altera_avalon_my_pwm.c`。 总结来说，这个课件详细介绍了定制Nios II Avalon用户外设的过程，从硬件描述到软件驱动，再到SOPCBuilder的系统集成，为开发者提供了全面的指导，帮助他们理解和实现嵌入式系统中的特定功能外设。