基于组件与Avalon总线、液晶屏的接口设计

1、引言

利用Altera公司提供的CompONent Editor工具可以设计符合时序要求的外设接口，并且可以将用户开发驱动程序与Nios II HAL（硬件抽象层）系统库集成在一起，形成Nios II的接口组件，在系统生成的时候，对外设进行初始化设置。这样在建立新工程时，只需将接口组件添加到系统就可以了，对组件的访问也变得轻松，使得代码可重复利用。

Nios II HAL系统库是一个轻量级实时环境，提供一个组件驱动接口，使得程序与底层硬件通信。HAL API（应用程序接口）与ANSI C标准库集成在一起，允许用户通过类C库函数访问设备和文件，例如printf（）、fopen（）和fwrite（）等，这样其他开发者无需知道底层硬件结构就可以对组件进行 *** 作。

2、 硬件设计

在SOPC Builder中打开Component Editor，在HDL Files标签下添加硬件描述语言编写的文件，将其设定为顶层模块，该文件描述了组件与Avalon总线的接口以及组件与液晶屏的接口，系统自动对文件进行分析和模拟。

点击Signals标签，系统自动读取硬件描述语言文件中的信号，用户只需设置接口信号和信号类型。接口信号包括主端信号和从端信号，主端信号与Avalon总线相连，包括iDATA、iADDRESS、iWR_N和iCS_N等，信号类型依次为writedata、address、write_n和chipselect_n等，从端信号与LCD相连，包括LCD_DATA、LCD_ADDRESS、LCD_RD_N、LCD_WR_N和LCD_CS_N等，信号类型均为export。

从端信号与主端信号的连接用硬件描述语言描述：

assign LCD_DATA = iDATA;

assign LCD_ADDRESS = iADDRESS;

assign LCD_RD_N = 1;

assign LCD_WR_N = iWR_N;

assign LCD_CS_N = iCS_N;

由于始终对液晶屏进行写 *** 作，不进行读 *** 作，所以信号LCD_RD_N置1。

点击Interfaces标签，将接口设置为从类型，地址选择RegiSTers类型，Avalon Slave TIming可以设置接口的时序，如图1所示。

点击SW Files标签，添加系统所需要的文件，包括两个头文件，一个C文件，选择文件类型，将它们包含在不同的文件夹下，这样就可以通过标准的C语言函数来访问组件了。

最后一步点击Component Wizard，为组件取名，点击Finish完成设计。

3 、软件设计

组件生成后，组件文件夹的结构如图2所示。

lcd_3224\inc文件夹下包含_regs.h文件，该文件定义硬件接口，例如：

#define IOWR_ LCD_DATA（base， data） IOWR（base， 0， data）

写参数有三个，base为组件的基地址，0表示地址偏移量，data为要写入的数据，重新定义后在源代码中可以使用自定义的名字对组件进行 *** 作。

lcd_3224\hdl文件夹下包含.v文件，该文件描述组件的接口信号。

lcd_3224\HAL\inc文件夹下包含.h文件，该文件描述组件的结构、函数声明和驱动程序与标准C函数的接口等，示例如下：

#include “sys/alt_dev.h” //包含定义组件结构的头文件

typedef struct alt_LCD_dev alt_LCD_dev; //定义组件结构

struct alt_LCD_dev

{

alt_dev dev;

int base;

};

……

void alt_lcd_init（alt_LCD_dev * dev）; //声明初始化函数

int？ alt_lcd_write（alt_fd * fd， const char* ptr， int len）; //声明写函数

……

#define Altera_AVALON_LCD_INSTANCE（name， device）

staTIc alt_LCD_dev device =

{

{

ALT_LLIST_ENTRY，

NAME##_NAME，

NULL， /* open */ //fopen可以访问lcd

NULL， /* close */

NULL， /* read */

alt_lcd_write， //fprintf将调用写函数访问液晶屏

NULL， /* lseek */

NULL， /* fstat */

NULL， /* ioctl */

}，

name##_BASE

}

lcd_3224\HAL\src文件夹下包含源代码，mk文件是自动生成的，源代码主要包括初始化程序、.h文件所声明的alt_lcd_write和一些子程序，例如：

staTIc void lcd_write_data（alt_LCD_dev * dev， unsigned char data） //子程序

{

unsigned int base = dev-》base; //基地址由SOPC Builder自动生成

IOWR_ LCD_DATA（base， data）; //访问底层硬件

}

初始化程序和写函数调用这些子程序完成对组件的初始化和各种 *** 作。

4、 应用

根据液晶屏的功能及所使用的开发板，应用系统的硬件结构框图如图3所示。

在SOPC Builder中添加组件生成硬件系统，将结果下载到开发板。打开Nios II IDE创建软件工程，进行软件的编写，其中部分程序如下：

#include

int main（void）

{

FILE * fd;

fd = fopen（/dev/lcd”， “w”）; //lcd为SOPC Builder中的名字

if（fd）

{

fprintf（fd， “parameter”）; //调用alt_lcd_write

fclose（fd）;

}

……

return 0;

}

通过标准C函数访问液晶屏，程序编写简单，可以显示各种图像及字符。如果还有特殊要求，用户可以继续在驱动程序中添加需要的功能。

5、 总结

本文详细介绍了液晶屏接口组件的设计方法，核心部分是硬件描述语言文件的编写、时序的设计以及驱动程序的编写。调试成功后，可以把组件文件夹放到系统组件文件夹下，这样就可以重复使用。对于应用程序开发者，不用了解硬件结构就可以使用标准C函数 *** 作组件，使得开发简便快捷，节省了时间和成本，是一种高效、灵活和低成本的开发方法。

本文作者创新点：和传统的外设接口方式相比，接口组件的使用极大地方便了接口的硬件和软件设计，是高效灵活的接口方式。

责任编辑：gt