零基礎學(xué)FPGA （二十） 舉一反三，基于SOPC的定時(shí)器中斷與串口數據收發(fā)

　　SOPC的課程已經(jīng)結束了，短短4天，要消化的內容還真不少。今天又開(kāi)始了DDR2 SDRAM的課程，其實(shí)在我來(lái)北京之前他們已經(jīng)開(kāi)始SDRAM的課程了，想起我做SDRAM的時(shí)候，真的是好費勁，又沒(méi)人指點(diǎn)，代碼寫(xiě)了一大串，前仿真也做的差不多，后仿就不行了，有些東西不知道怎么解決，還涉及到時(shí)序約束這門(mén)聽(tīng)起來(lái)高大上的知識，所以那段時(shí)間把我糾結的不輕?？礃幼釉谖译x開(kāi)北京之前這邊應該是一直講SDRAM了，上課的是李凡老師，一個(gè)很和藹，很低調的老師，據說(shuō)已經(jīng)做了三四十年的工程師了，也是國內頂尖的人物了。打算這幾天好好再學(xué)一下SDRAM，畢竟這東西用處很廣，前景也很明朗，估計消化掉SOPC的內容后就要再開(kāi)始SDRAM的征程了，這樣在北京的20天也就不虛此行了~

　　今天我們講定時(shí)器中斷與串行口中斷，相信學(xué)過(guò)單片的朋友都用過(guò)這東西，對這東西也并不陌生，其實(shí)無(wú)非就是我們以前是對單片機編程，今天是對我們上次自己搭建的那個(gè)硬件系統進(jìn)行編程，即我們的NIOS II 處理器。

　　和上個(gè)實(shí)驗一樣，小墨同學(xué)先來(lái)跟大家學(xué)文檔，從文檔入手，做到每一條代碼都有根有據吧，這次還是要用到這個(gè)文檔 n2cpu_nii5v3，我會(huì )附在文章后面等會(huì )，供大家下載

　　我們先來(lái)看定時(shí)器這個(gè)核

　　學(xué)IP核總要先知道這個(gè)核是干什么的吧，這里就和大家一起來(lái)啃啃英文，有一點(diǎn)還是提醒大家，文檔還是要看原版，即使你的英文不怎么好，也要試著(zhù)去看，慢慢的就好了，我一般是喜歡開(kāi)著(zhù)有道詞典一般看英文，遇到?jīng)]見(jiàn)過(guò)的詞鼠標一點(diǎn)就出來(lái)了，個(gè)人感覺(jué)比較方便，大家也可以試一下

　　我們先來(lái)總體看一下這個(gè)核，上面一段英文是說(shuō)呢，

　　1、這個(gè)定時(shí)器核可以配置成32位或者64位的定時(shí)器，這個(gè)我們在SOPC builder里面已經(jīng)配置好了

　　2、可以控制定時(shí)器的開(kāi)始，停止與復位

　　3、有兩種計數模式，一種是計數一次就停止，一種是持續計數。其實(shí)我們的定時(shí)器是先讓我們設定一個(gè)初值給它，然后定時(shí)器從這個(gè)初值開(kāi)始遞減，第一種計數模式就是定時(shí)器從初值遞減到0時(shí)就停止計數了，第二種模式呢就是仍然繼續計數

　　4、第四行就告訴了我們這個(gè)計數器的計數方式，即遞減式計數

　　5、然后后面那幾行呢大概就是說(shuō)有幾種操作選項，例如我們可以開(kāi)始或者關(guān)閉定時(shí)器中斷啊，開(kāi)啟看門(mén)狗定時(shí)器啊，當定時(shí)器計滿(mǎn)一次數的時(shí)候發(fā)出一個(gè)高脈沖信號啊之類(lèi)的

　　大概就是這些內容了吧~

　　然后我們可以去看一下它的功能描述框圖這一頁(yè)，加深一些理解

　　大概意思就是說(shuō)，這個(gè)定時(shí)器核里包含了這么多寄存器，什么狀態(tài)寄存器，控制寄存器之類(lèi)的，當我們開(kāi)啟寄存器的時(shí)候，count里會(huì )自動(dòng)載入我們設定的初值，開(kāi)始計數，當計滿(mǎn)一次的時(shí)候會(huì )產(chǎn)生一個(gè)中斷給CPU，知道大體意思就行，具體的到后面寄存器視圖再仔細看他們的具體功能

　　下面我們需要看一下它的software files這一頁(yè)，知道要用到哪些頭文件

　　重點(diǎn)來(lái)了，我們主要的任務(wù)就是看這個(gè)定時(shí)器核的寄存器映射視圖，這也就直接關(guān)系到我們代碼的編寫(xiě)

　　上面一段話(huà)大體意思是說(shuō)啊，我們如果使用了硬件抽象層系統庫提供給NIOS II處理器的這樣一個(gè)標準配置的話(huà)，我們就沒(méi)必要去訪(fǎng)問(wèn)定時(shí)器這個(gè)核的寄存器了，一般來(lái)說(shuō)這個(gè)寄存器映射圖是準們給我們編寫(xiě)器件驅動(dòng)用的

　　前面一段話(huà)我理解的不是很好，不敢在這里忽悠大家，但是我們的目的就是編寫(xiě)器件驅動(dòng)嘛，所以我們還是可以使用的

　　下面就可以看到這個(gè)核為我們提供的幾組寄存器了，大體瀏覽一下，主要是看下面的功能介紹

　　先來(lái)看這兩個(gè)寄存器

　　狀態(tài)寄存器的第零位呢是TO位，TO從字面上理解就是timeout，即時(shí)間溢出嘛，就是說(shuō)當我們計數器計到0 的時(shí)候TO位會(huì )自動(dòng)被置1，如果我們想要置0的話(huà)需要在狀態(tài)寄存器里手動(dòng)清0，這也就解釋了為什么我們后面的代碼每次進(jìn)入中斷以后為什么要清TO位了

　　RUN寄存器可以通過(guò)上面的解釋大概說(shuō)，RUN寄存器是用來(lái)指示定時(shí)器當前狀態(tài)的一個(gè)數據位，即當寄存器工作的時(shí)候他被設置為1，否則設置為0 ，而且這一位不受你往狀態(tài)寄存器寫(xiě)數據的影響。

　　控制寄存器呢大概就是開(kāi)啟關(guān)閉中斷，開(kāi)始計數或者停止計數之類(lèi)的，大家可以自己消化英文，下面的period_n寄存器無(wú)非就是我們設置一個(gè)初值給它，大家也可以自己看

　　好了，需要看的也就這些了，下面就是我們根據我們從文檔中獲得的知識去編寫(xiě)我們的代碼了

　　首先就是定義頭文件么

　　system.h即我們硬件系統生成時(shí)產(chǎn)生的，里面定義了我們各種模塊的基址啊，位寬啊之類(lèi)的，下面就是我們要操作的七段數碼管的基址及相關(guān)信息,，有了基址我們才能訪(fǎng)問(wèn)到數碼所在的PIO，才能給他賦相應的值

　　其他那些頭文件無(wú)非就是定時(shí)器核的寄存器頭文件和數據類(lèi)型頭文件，還有IO操作的的一些函數的頭文件

　　代碼部分其實(shí)很簡(jiǎn)單，先是設置定時(shí)器中斷，每進(jìn)入一次中斷將TO位清零，這里用到IOWR這個(gè)函數就是IO頭文件里面定義的一個(gè)函數之一，用來(lái)對狀態(tài)寄存器進(jìn)行寫(xiě)數據，然后就是數據自加1，由于我們在sopc builder里面設置的時(shí)候設置的定時(shí)器定時(shí)單位是ms，所以我們計數1000次也就是1S了

　　主函數部分就是上來(lái)調用函數對數碼管的位選和片選端初始化，將定時(shí)器中斷打開(kāi)，這些都沒(méi)什么，要注意一點(diǎn)就是中斷函數的注冊，即 alt_irq_register(TIMER_IRQ,TIMER_BASE,handle_Timer0_interrupts);

　　就是我們給我的定時(shí)器一個(gè)定義，即我們要訪(fǎng)問(wèn)的定時(shí)器的基址，和要命名的名字，只有注冊了中斷，我們才能進(jìn)入中斷函數

　　好了，我們可以暫時(shí)跳過(guò)調試這一環(huán)節，因為工程比較簡(jiǎn)單，我們可以直接下板

　　在下板的過(guò)程中大家可能會(huì )遇到這樣下載失敗的情況

　　No Nios II target connection paths were located. Check connections and that a Nios II .sof is downloaded.

　　注意要按順序來(lái)做，一般是先下載硬件配置文件.SOF，再對軟件進(jìn)行全編譯，然后再下載一般就可以解決了

　　下面我們再來(lái)看UART這個(gè)核

　　先來(lái)總體來(lái)看一下這個(gè)核，大體上是說(shuō)啊，這個(gè)UART核可以通過(guò)Avalon總線(xiàn)，作為Avalon總線(xiàn)的一個(gè)從機，來(lái)實(shí)現FPGA與外圍器件之間的通信，這個(gè)核服從RS232時(shí)序協(xié)議，提供了可手動(dòng)配置的波特率啊，奇偶校驗位啊，停止位啊之類(lèi)的數據位，控制數據流向啊，允許設計者調用系統給出的必要的一些函數啊之類(lèi)的

　　再大體看一下功能框圖

　　和之前的差不多，核的內部也是一系列寄存器，時(shí)鐘進(jìn)來(lái)之后進(jìn)入divisor ，進(jìn)行波特率的配置，然后通過(guò)控制寄存器啊，狀態(tài)寄存器啊控制數據的讀寫(xiě)功能，大體上是這個(gè)意思，具體還要看后面的寄存器映射視圖

　　太過(guò)詳細的東西這里不做介紹，留給大家慢慢消化，主要是來(lái)看一下它的寄存器映射視圖

　　這里有6組寄存器，包括什么讀寫(xiě)寄存器，控制寄存器，狀態(tài)寄存器，波特率設置寄存器之類(lèi)的，具體功能大同小異，簡(jiǎn)單來(lái)看一下

　　先來(lái)看一下讀寄存器吧

　　大體上是說(shuō)啊，這個(gè)讀寄存器可以保存住來(lái)自RXD口輸入過(guò)來(lái)的數據，當一個(gè)新的字符完全進(jìn)入這個(gè)寄存器之后啊，那么狀態(tài)寄存器的rrdy位將會(huì )自動(dòng)置1，當讀寄存器中的數據被讀出的時(shí)候，rrdy位自動(dòng)置0，如果當讀寄存器中的數值還沒(méi)有被讀完，又有新字符輸入的話(huà)，那么就會(huì )發(fā)生錯誤，狀態(tài)寄存器的的roe位自動(dòng)置1，新的數據將會(huì )覆蓋原有的數據，對讀寄存器寫(xiě)數據是沒(méi)有影響的，大體上就是這個(gè)意思了

　　狀態(tài)寄存器位數太多，這里就不一一講解，大體上是說(shuō)，當發(fā)生各種錯誤，例如什么奇偶校驗位錯誤，停止位錯誤之類(lèi)的，接收發(fā)送錯誤之類(lèi)的，還有指示讀寫(xiě)寄存器狀態(tài)的，當有數據的時(shí)候置1，空的時(shí)候置0之類(lèi)的，大家還是自己去理解

　　控制寄存器主要是控制中斷，包括這種中斷，這里我們只需要用到發(fā)送中斷和接收中斷，其他的大家可以自己看一下

　　代碼部分呢主先來(lái)看一下初始化部分

　　由于我們設置的NIOS II處理器是32位的，因此我們的寄存器偏移地址根據基址也就知道了，即32/8 = 4,

　　先對控制寄存器操作，打開(kāi)就收發(fā)送使能端，control寄存器是第5個(gè)寄存器，偏移為12

　　IOWR_16DIRECT(UART_BASE,12,0xc0);

　　狀態(tài)寄存器清零，狀態(tài)寄存器偏移為8

　　IOWR_16DIRECT(UART_BASE,8, 0x0);

　　注冊中斷函數

　　alt_irq_register(UART_IRQ,UART_BASE,Uart_rx_ISR);

　　接收中斷部分主要就是將狀態(tài)寄存器的數值讀回，判斷狀態(tài)寄存器的rrdy位的狀態(tài)，如果是1的話(huà)那么表明數據接收完畢，可以讀了，然后將數據保存起來(lái)，將接收數據位置1表明我們已經(jīng)收到數據了

　　以后小墨同學(xué)的教程會(huì )跟這款開(kāi)發(fā)板配套，想跟小墨同學(xué)一起學(xué)習，一起進(jìn)步的的可以考慮一下購買(mǎi)一塊開(kāi)發(fā)板，畢竟學(xué)習要舍得投資嘛