跑马灯实验教程
3.2跑马灯实验
事实上在 FPGA 实验板上用 Verilog 语言或者 VHDL 语言都能够很快地写出跑马灯实 验程序。本实验完成的是基于 SOPC 的跑马灯设计，具有一定的操作复杂性。 实验步骤
3.1.1 建立 Quartus 工程
1. 新建 Quartus 工程 RunningLED ，顶层实体名 RunningLED
2. 重新设臵编译输出目录为../ RunningLED/release。
3.1.2
建立 SOPC 系统
3. 点击 Quartus II 软件右上方图标 打开
SOPC Builder，创建一个 SOPC 系统。填
写系统名称为 RinningLED_System，并指
定 Verilog 为描述系统的语言，如图 3.1-1。
4. 在系统上添加 On-Chip Memory。
在程序左侧列表中选择 Memory and Memory Controllers -> On-Chip -> On-Chip Memory (RAM or ROM)，双击添加至系统中。
在弹出的对话框中指定片上 RAM 的属性，因为不需要显示，编译结果很小，保持默 认即可。
图 3-1 添加系统名称并指定语言
图 3.1-2 指定 On-Chip Memory 属性
5. 添加 Nios II Processor。
双击 Altera SOPC Builder -> Nios II Processor，在弹出的对话框中间选择第一个 Nios
II/e，表示 economy ，
最小的 NIOS II 核心。
下面的 Reset Vector
和 Exception Vector
都选择 onchip_men，
即 刚 才 添 加 的 片 上
RAM 的名称。其它
的都保留默认设臵即
可。点击 Finish 添加
CPU 核。如图 3.1-3 所
示。
图 3.1-3 添加 CPU 设臵参数
6. 添加定时器。
在列表中选择 Peripherals -> Microcontroller Peripherals -> Interval Timer，弹出如下对话
框。定时器在本系统中主要作用是产生一个固定间隔的中断信号，让 CPU 改变 LED 灯的 状态。因此在 Period 中选择 500ms ，表示灯的状态每 500ms 改变一次。如图 3.1-4。
图 3-4 添加定时器并设臵参数
3.1. 添加 IO 控制器。
双击 Peripherals -> Microcontroller Peripherals -> PIO (Parallel I/O)，保持默认设臵即可，
表示有 8 个输出用 IO 口，分别控制开发板上的 8 个绿色 LED 灯（LEDG[7..0]）。如图 3.1-5。
图 3.1-5 添加 IO 控制器并设臵参数
8. 完成 SOPC 工程设计，为了方便将 PIO 的名称改为 pio_ledg。在 pio 上点击右键 ->
rename ，将名称改为 pio_ledg。如图 3.1-6。
图 3.1-6 完成的 SOPC 工程
注意：系统的每个组件都需要一个地址才能正常工作。某些组件，如定时器（Interval Timer ）还需要分配一个 IRQ 号。如果发现各组件的地址或者 IRQ 号出现冲突，可以选
择菜单栏上 System -> Auto-Assign Base Addresses 以及 System -> Auto-Assign IRQs 自 动设定地址和 IRQ 。系统 IRQ 可以是从 0 到 31 的整数，数值越小优先级越高。
9. 生成系统。通过点击下方 Generate 完成。如图 3.1-7。
图 3.1-7 生成系统
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3.1.3 用符号框图完成顶层实体
10. 这次使用符号框图完成顶层实体。新建一个符号文件，添加刚才建立的 SOPC 系
统。如图 3.1-8。
图 3.1-8 添加 SOPC 系统
11. 添加输入与输出端口。在空白部分双击，在 Name 框内输入 input 可以快速定位，
添加输入端口。一共需要两个。然后使用同样步骤添加一个 ouput 输出端口。结
果应如图 3.1-9 所示。
图 3.1-9 添加结果图
将两个输入端分别改名为 iCLK_50 及 iKEY[0]，代表开发板上的 50MHz 晶振和 KEY0 按钮。将输出端改名为 oLEDG[7..0]，代表开发板上的 oLEDG7 到 oLEDG0 共 8 个绿色 LED 灯。需要注意的是 SOPC Builder 生成的系统的重启信号为低电平有效，开发板上的按 键按下后代表低电平，弹起代表高电平。然后将这几个元件连接起来，硬件电路部分设计 完毕。电路应如下图所示。(注意：此处的名称修改应该与 DE2 引脚的配臵相一致)
图 3.1-10 电路图
12. 保存 bdf 文件，然后执行分析与综合
13. 分配引脚
图 3.1-11 选择工作空间
确认以后软件会重新启动。在欢迎界面中选择 Workbench ，进入主界面
16. 选择 File -> New -> Nios II C/C++ Application
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图 3.1-12 选择工程模板
在 Select Project Template 内选择第一项 Blank Project，Name 使用默认 blank_project_0， SOPC Builder System PTF File 使用默认设臵，即刚才生成的 SOPC 系统，点击 Finish 完成。 如图 3.1-12。
17. 选择工程 blank_project_0，右键单击，选择 Properties ，在 C/C++ build 选项卡中
配臵编译器参数，跟上次一样依旧是-DALT_RELEASE -Os -g –Wall ，如图 3.1-13。
图 3.1-13 配臵工程编译选项
18. 配臵 blank_project_0_syslib 的编译器参数。跟 blank_project_0 一样。
19. System Library Properties 设臵。
右击工程 blank_project_0_syslib -> Properties，选中 System Library 选项卡，在下图所 示界面中，取消掉 Clean Exit (Flush Buffer)和 Support C++前的勾，因为我们的程序不会退
出，也不包含 C++的函数和库。选中 Program never exits，Reduce device drivers 和 Small C library 以减小程序体积。其他保持默认设臵即可。如图 3.1-14。再次声明如果使用 lcd 输出， 则不能勾选 Reduce device drivers。
图 3.1-14 System Library Properties 设臵
20. 右键点击工程 blank_project_0，选择 New -> Source File。如图 3.1-15。
图 3.1-15 添加源文件图
在弹出的对话框中指定文件名为 main.c ，并将以下代码复制进去，并保存。
实验六 跑马灯实验
*(alt_u8 *)context = 0x01;
}
else {
*(alt_u8 *)context = *(alt_u8 *)context
}
IOWR(PIO_LEDG_BASE，0，*(alt_u8 *)context);
return ; }
int main( ) {
alt_u8 led = 0x01;
// Register Interrupt Service Routine (ISR)
alt_irq_register(TIMER_IRQ， (void *)&led， timer_overflow);
while (1); }
21. Project->Build All，编译，结果只用了 2K 。
22. 右击 blank_project_0，选择 Run As ->Nios II Hardware 3.1-16。
如图
图 3.1-16 下载运行 C 程序
23. NIOS II IDE 将程序下载到开发板上，之后就能看到 8 个 LEDG 灯轮流点亮了。
◆ 本实验指导结束