使用Qsys设计Nios II FPGA系统教程

"基于Qsys的第一个Nios II系统设计" 本文将详细介绍如何利用Altera的集成系统构建工具Qsys，结合Nios II处理器，在Quartus II 13.0环境下构建第一个FPGA平台上的嵌入式系统，实现“Hello World”的展示。硬件平台采用Altera Cyclone II系列的EP2C8Q208C8N FPGA芯片。 一、软件与硬件环境 在进行设计前，确保已安装了以下软件： 1. Quartus II 13.0 64-bit：这是Altera的FPGA综合与开发工具，用于项目创建、编译和下载。 2. Nios II 13.0 Software Build Tools for Eclipse：这是Nios II处理器的软件开发环境，包括编译器、调试器等。 二、设计目标 本设计的目标是在FPGA上建立一个基于Qsys的Nios II系统，通过该系统运行简单的“Hello World”程序，展示嵌入式系统的功能。 三、设计步骤 1. 创建新工程： - 在Quartus II中新建项目，指定英文工作目录，避免使用空格，以免引起后续问题。 - 选择合适的器件，这里是Cyclone II系列的EP2C8Q208C8N。 2. 配置工程： - 不需添加现有文件，直接进入器件选择步骤，选择EP2C8Q208C8N。 - EDA工具设置中，如果不需要仿真，可跳过此步。若需要ModelSim仿真，需配置相应的工具名和格式。 3. 新建Block Diagram/Schematic File： - 在项目中创建新的原理图文件，用于构建硬件系统。 4. 使用Qsys构建硬件系统： - 启动Qsys工具，系统会自动添加一个时钟模块（clk_0），将其重命名为clk。 - 在Qsys界面，可以添加其他必要的模块，如Nios II处理器、存储器、中断控制器、GPIO等，以满足系统需求。每个添加的模块都应根据需要进行命名。 四、Qsys系统构建 在Qsys中，Nios II处理器是核心组件，它将执行我们的“Hello World”程序。接下来需要配置处理器的属性，如处理器类型（基础型、经济型或高性能型）、内存模型、中断控制器等。此外，还需添加存储器模块（如SRAM或DDR），为Nios II提供运行代码的空间。 五、连接外设 为了显示“Hello World”，可能需要添加串口模块（如UART）或其他输出设备，以便将输出数据传输到外部世界。在Qsys中，将这些外设与Nios II处理器连接，并配置相应的接口。 六、生成硬件描述文件 完成Qsys设计后，生成系统描述文件（.qsys），然后点击“Generate”生成硬件描述文件（如.sdf和.v文件）。 七、软件开发 在Nios II Software Build Tools for Eclipse中，创建一个新的软件工程，编写“Hello World”程序。编译并生成可执行文件（.elf）。 八、系统整合 在Quartus II中，将硬件描述文件和软件生成的可执行文件整合进工程。编译整个系统，确保无错误。 九、下载与验证 最后，将编译好的.bit文件下载到FPGA中，通过串口终端或其他输出设备观察“Hello World”输出，验证系统是否正常工作。 通过以上步骤，你将成功地构建了基于Qsys的第一个Nios II嵌入式系统，并实现了“Hello World”的显示。这个过程不仅展示了如何使用Qsys工具，还涵盖了FPGA系统设计的基本流程。