title: “SOPC范例程序-跑马灯与LCD” source: “飞凌嵌入式FPGA培训资料” original_path: “/工作相关/FPGA培训资料/FPGA培训_2012_07/sopc实验/SOPC范例程序_DE2_70.pdf” file_size: “1.17 MB” total_pages: 20 author: “飞凌嵌入式技术有限公司” processed_date: “2026-09-20” method: “PDF文本提取(pdf-inspector)” status: “done” tags:

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SOPC范例程序 - 跑马灯与LCD液晶显示器

一、跑马灯实验

1.1 工程创建

步骤：

打开Quartus II软件
选择File → New Project Wizard
工程命名：runningled，选择工程目录
Family选择：Cyclone II
Available devices选择：EP2C35F672C6（DE2开发板FPGA芯片型号）
点击Finish完成工程创建

注意：不要使用SOPC Builder的系统名称与工程名相同。

1.2 SOPC系统构建

添加片上RAM

在SOPC Builder左侧列表选择：Memory and Memory Controllers → On-Chip → On-Chip Memory (RAM or ROM)
双击添加到系统
保持默认设置

添加CPU核

双击Altera SOPC Builder → Nios II Processor
选择：Nios II/s（standard，最小配置）
Reset Vector和Exception Vector都选择：onchip_men（刚才添加的片上RAM名称）
保留其他默认设置，点击Finish

添加定时器

选择：Other → Microcontroller Peripherals → Interval Timer
Period选择：500ms（灯的状态每500ms改变一次）
Preset选择：Simple periodic interrupt

添加IO口控制器

双击：Other → Microcontroller Peripherals → PIO (Parallel I/O)
保持默认设置（8个输出IO口，控制8个绿色LED）
将PIO名称改为：LEDG

地址与IRQ分配

自动分配地址：System → Auto-Assign Base Addresses
自动分配IRQ：System → Auto-Assign IRQs
IRQ范围：0-31，数值越小优先级越高

点击Generate生成系统。

1.3 硬件电路设计

步骤：

回到Quartus II，选择File → New → Block Diagram/Schematic File
双击空白处，选择Project → smallest，添加SOPC系统元件
添加输入端口：
- iCLK_50：50MHz晶振
- iKEY[0]：KEY0按钮（低电平有效）
添加输出端口：oLEDG[7..0]（8个绿色LED）
连接各信号

注意：SOPC系统复位信号为低电平有效，按键按下为低电平。

导入管脚定义文件：Assignments → Import Assignments，选择DE2开发板默认配置文件。

保存顶层图为runningled.bdf，编译并烧写。

1.4 软件设计

步骤：

打开Nios II IDE
File → Switch Workspace，选择工程所在目录的\software
File → New → Nios II C/C++ Application
选择Blank Project，Name使用默认blank_project_0
SOPC Builder System PTF File使用默认设置
选择Create a new system library

配置工程属性：

Window → Preferences → Run/Debug → Launching
取消”Build (if required) before launching”
右键blank_project_0 → Properties → C/C++ Make Project
选中Build（Incremental Build），取消Project References所有勾
同样配置blank_project_0_syslib
System Library选项卡：
- 取消Clean Exit和Support C++
- 选中Program never exits
- 选中Reduce device drivers和Small C library

编译系统库：右键blank_project_0_syslib → Build Project

编写main.c：

// For FPGA project: runningled
// SOPC System: smallest
#include "system.h"
#include <sys/alt_irq.h>
#include "alt_types.h"
#include <io.h>
 
// Internal Timer Overflow interrupt
static void timer_overflow(void* context, alt_u32 id)
{
    IOWR(TIMER_BASE,0,0);
    if (*(alt_u8 *)context & 0x80)
    {
        *(alt_u8 *)context = 0x01;
    }
    else
    {
        *(alt_u8 *)context = *(alt_u8 *)context << 1;
    }
    IOWR(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);
}

编译并运行：Run → Run → 选择Nios II Hardware → Run

结果：8个LED灯轮流点亮。

二、LCD液晶显示器实验

2.1 工程创建

工程命名：hello_lcd，其余步骤同上。

2.2 SOPC系统构建

系统名称：lcd_sys，语言选择Verilog

组件：

片上RAM：选择100k容量（比普通跑马灯实验更大）
CPU核：Nios II/e（economy，最小配置）
- Reset Vector和Exception Vector设为onchip_men
LCD模块：Peripherals → Display → Character LCD

完成后生成系统。

2.3 硬件电路设计

新建Block Diagram/Schematic File
添加系统元件：lcd_sys
添加输入端口（2个）和输出端口
注意：LCD和SRAM数据线需要使用双向IO口（bidir）
添加输出IO口：LCD_ON（置高打开LCD显示屏）
导入DE2开发板管脚定义文件
保存为hello_lcd.bdf，编译烧写

2.4 软件设计

步骤：

打开Nios II IDE，切换Workspace
File → New → Nios II C/C++ Application
选择Hello World模板
创建新系统库

配置工程属性：

取消”Build before launching”
配置C/C++ Make Project属性
System Library选项卡：
- 选中Clean exit (flush buffers)
- stderr、stdout、stdin都选为lcd

编译并运行。

注意：开发板液晶显示器每行只能显示16个字符，因此”Hello from Nios II!”只能显示前16个字符”Hello from Nios “。

关键技术要点

Nios II中断服务

使用alt_irq_register()注册中断服务程序
中断服务程序原型：void func(void* context, alt_u32 id)
TIMER_BASE和LEDG_BASE由SOPC系统自动生成

IO操作

IOWR(BASE, OFFSET, VALUE)：写操作
IORD(BASE, OFFSET)：读操作

系统库配置优化

Reduce device drivers：减少驱动体积
Small C library：使用精简C库
Program never exits：程序永不退出

LCD配置

Character LCD模块用于显示文本
需要配置标准I/O重定向到LCD
注意显示字符限制（16字符/行）

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