嵌入式软核NiosⅡ串口直接读写寄存器的编程方法

嵌入式软核NiosⅡ串口直接读写寄存器的编程方法,第1张

  Nios处理器是Intel公司为Altera公司推出的一个32位精简指令处理器软核。在Altera公司推出的软件SoPC中加载NiosⅡ软核和相应的外围接口以及与定义相应的自定义指令,然后对设计进行综合,下载FPGA中就可以方便地实现一个具有高速DSP功能的嵌入式处理器

  NiosⅡ处理器的软件开发是建立在ANSI C基础上的。NiosⅡIDE是NiosⅡ系列嵌入式处理器的主要软件开发工具。用户可以在NiosⅡIDE中完成所有的软件开发任务,如编辑、编译、下载、调试和闪存编程。NiosⅡ嵌入式系统的一个重要问题就是软件代码量的大小,这关系到存放代码的存储器件容量大小,因此控制和减小程序代码量是降低系统成本的重要方法,必须首先从处理器的启动顺序开始研究。

  1 串口C语言方式编程

  使用该方法要加上下面语句:

  

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  执行上面程序可以得到串口输出结果。

  如果不调用alt_main()函数,则系统默认运行步骤如下:

  (1)调用alt_os_int()函数来执行任何 *** 作系统所特有的初始化。如果HAL是在 *** 作系统里运行的,那么初始化alt_fd_list_lock命令。它可以控制访问HAL文件系统,初始化中断控制器并执行中断。

  (2)调用alt_sys_init()函数,以初始化系统里所有的驱动装置和软件组成部分。

  (4)调用main()。

  (5)调用exit()。main()的返回代码作为exit()的输入。

  该方式使用串口比较简单,但是占用的存储资源比较大,编译时间也较长。

  

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  2 串口直接读写寄存器方式编程

  2.1 串口初始化

  NiosⅡ的串口编程有多种方式,比较多的是采用标准C语言写法,占用程序空间比较大。NiosⅡ处理器的启动可采用2种方式:自动初始化和用户自定义初始化。ANSI C标准定义应用程序可以通过调用main()来开始执行。在调用main()之前,应用程序假定运行环境和所有的服务系统都被初始化并准备运行。初始化可以被硬件抽象层(HAL)系统库自动执行。程序员不需要考虑系统的输出设备以及如何初始化每一个外设,HAL会自动初始化整个系统。

  另外,ANSI C标准也提供了一个可变的入口点程序,以避免自动初始化。ANSI C标准还定义程序员能手动初始化任何所用的硬件。alt_ main()函数提供了一个独立式的编程环境,能够完全控制系统的初始化。独立式编程环境可以使程序员手动编写初始化系统的代码。

  HAL提供的系统初始化代码按以下启动顺序运行:

  (1)启动指令和数据高速缓冲存储器;

  (2)配置堆栈;

  (3)配置全局指针;

  (4)通过链接器提供的_bss_start和_bss_end来零初始化BSS层,_bss_start和_bss_end是开始和结束BSS的命令;

  (5)如果当前系统没有启动下载器,就复制.rwdata,.rodata或者剩下的部分到RAM;

  (6)调用alt_main()。

  在NiosⅡIDE工程中,只需简单定义alt_main()就可以实现用户的启动顺序,而且能够选择HAL的服务程序。如果应用程序需要一个alt_ main()入口点程序,可以复制默认的执行作为开始点,根据要求来定制它。

  

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  使用独立式编程环境会增加NiosⅡ程序编写的复杂性。独立式编程环境的主要作用在于减小代码量,但要使用这种方法,需要对NiosⅡ处理器的外设和驱动编写都非常熟悉才行。在NiosⅡIDE中也可以通过某些选项来减小HAL系统库容量,从而达到减小代码量的目的,比使用独立式编程环境容易得多。

  串口部分程序初始化代码如下:

  //串口中断初始化

  

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  2.2 串口收发通信程序

  串口的收发可采用查询和中断方式,中断方式要更好一些。

  查询方式发送子程序代码如下:

  

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  查询方式接收子程序代码如下:

  

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  因为串口的中断号是惟一的,所以中断方式接收发送只能在一个中断函数内。中断方式接收发送子程序代码如下:

  

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  该中断处理程序可进行中断方式接收发送,如果程序需要进行精确的接收发送,还需加上中断程序和主程序的相互控制变量。

  2.3 串口通信调试

  在Nios中调试“Hello world!”范例的时候往往会出现这样的错误:nios2-terminal:can't open uart:Permission denied。这是因为在调试程序时,打开了另外的串口调试工具,或者可以说是串口侦听器。但实际上NIOS IDE中已经集成了串口调试工具,或者串口侦听器。在任务管理器中nios2-terminal.exe就是这个侦听串口的进程。

  所以,如果用NIOS IDE来观察发送的数据,就不要用其他的串口调试工具,如果在编译之前就打开了其他的串口侦听器,编译链接的时候就会出现上述的错误。而在程序编译链接后再去打开其他的串口侦听器,串口就会因为nios2-terminal.exe占用而无法打开。解决的方法,如果想用NIOS IDE观察的话就不要事先打开其他的串口调试工具。而如果想用其他的串口调试工具来观察数据,通过USB_BLASTER将数据下载到板子后,删除任务管理器中的nios2_terminal.exe,然后打开串口调试工具。如果程序没有问题,运行后就可以看到数据。

  3 结果与讨论

  为证明以上程序的可运用性,特别制作了电路来验证,芯片使用EP3C40,PC端使用串口调试助手,波特率为19 200 b/s,8位数据位,1位停止位,无校验位。实验结果如图2所示。

   嵌入式软核NiosⅡ串口直接读写寄存器的编程方法,使用EP3C40,PC端使用串口调试 www.elecfans.com,第10张

 

  经实验证明,该方法简单可靠,可以生成比较小的代码。

  4 结语

  本文讨论了嵌入式软核NiosⅡ中串口模块的编程方法,给出了串口模块编程的示例代码,经实际运用,效果良好,具有一定的参考意义。

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