零基礎(chǔ)學(xué)FPGA （二十） 舉一反三，基于SOPC的定時(shí)器中斷與串口數(shù)據(jù)收發(fā)

　　SOPC的課程已經(jīng)結(jié)束了，短短4天，要消化的內(nèi)容還真不少。今天又開始了DDR2 SDRAM的課程，其實(shí)在我來北京之前他們已經(jīng)開始SDRAM的課程了，想起我做SDRAM的時(shí)候，真的是好費(fèi)勁，又沒人指點(diǎn)，代碼寫了一大串，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)序約束這門聽起來高大上的知識(shí)，所以那段時(shí)間把我糾結(jié)的不輕?？礃幼釉谖译x開北京之前這邊應(yīng)該是一直講SDRAM了，上課的是李凡老師，一個(gè)很和藹，很低調(diào)的老師，據(jù)說已經(jīng)做了三四十年的工程師了，也是國內(nèi)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(jì)消化掉SOPC的內(nèi)容后就要再開始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)過單片的朋友都用過這東西，對這東西也并不陌生，其實(shí)無非就是我們以前是對單片機(jī)編程，今天是對我們上次自己搭建的那個(gè)硬件系統(tǒng)進(jìn)行編程，即我們的NIOS II 處理器。

　　和上個(gè)實(shí)驗(yàn)一樣，小墨同學(xué)先來跟大家學(xué)文檔，從文檔入手，做到每一條代碼都有根有據(jù)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，也要試著去看，慢慢的就好了，我一般是喜歡開著有道詞典一般看英文，遇到?jīng)]見過的詞鼠標(biāo)一點(diǎn)就出來了，個(gè)人感覺比較方便，大家也可以試一下

　　我們先來總體看一下這個(gè)核，上面一段英文是說呢，

　　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)器的開始，停止與復(fù)位

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

　　4、第四行就告訴了我們這個(gè)計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)方式，即遞減式計(jì)數(shù)

　　5、然后后面那幾行呢大概就是說有幾種操作選項(xiàng)，例如我們可以開始或者關(guān)閉定時(shí)器中斷啊，開啟看門狗定時(shí)器啊，當(dāng)定時(shí)器計(jì)滿一次數(shù)的時(shí)候發(fā)出一個(gè)高脈沖信號(hào)啊之類的

　　大概就是這些內(nèi)容了吧~

　　然后我們可以去看一下它的功能描述框圖這一頁，加深一些理解

　　大概意思就是說，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，控制寄存器之類的，當(dāng)我們開啟寄存器的時(shí)候，count里會(huì)自動(dòng)載入我們設(shè)定的初值，開始計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)滿一次的時(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(xì)看他們的具體功能

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

　　重點(diǎn)來了，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

　　上面一段話大體意思是說啊，我們?nèi)绻褂昧擞布橄髮酉到y(tǒng)庫提供給NIOS II處理器的這樣一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)配置的話，我們就沒必要去訪問定時(shí)器這個(gè)核的寄存器了，一般來說這個(gè)寄存器映射圖是準(zhǔn)們給我們編寫器件驅(qū)動(dòng)用的

　　前面一段話我理解的不是很好，不敢在這里忽悠大家，但是我們的目的就是編寫器件驅(qū)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，就是說當(dāng)我們計(jì)數(shù)器計(jì)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寄存器可以通過上面的解釋大概說，RUN寄存器是用來指示定時(shí)器當(dāng)前狀態(tài)的一個(gè)數(shù)據(jù)位，即當(dāng)寄存器工作的時(shí)候他被設(shè)置為1，否則設(shè)置為0 ，而且這一位不受你往狀態(tài)寄存器寫數(shù)據(jù)的影響。

　　控制寄存器呢大概就是開啟關(guān)閉中斷，開始計(jì)數(shù)或者停止計(jì)數(shù)之類的，大家可以自己消化英文，下面的period_n寄存器無非就是我們設(shè)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(jù)我們從文檔中獲得的知識(shí)去編寫我們的代碼了

　　首先就是定義頭文件么

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

　　其他那些頭文件無非就是定時(shí)器核的寄存器頭文件和數(shù)據(jù)類型頭文件，還有IO操作的的一些函數(shù)的頭文件

　　代碼部分其實(shí)很簡單，先是設(shè)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(shù)就是IO頭文件里面定義的一個(gè)函數(shù)之一，用來對狀態(tài)寄存器進(jìn)行寫數(shù)據(jù)，然后就是數(shù)據(jù)自加1，由于我們在sopc builder里面設(shè)置的時(shí)候設(shè)置的定時(shí)器定時(shí)單位是ms，所以我們計(jì)數(shù)1000次也就是1S了

　　主函數(shù)部分就是上來調(diào)用函數(shù)對數(shù)碼管的位選和片選端初始化，將定時(shí)器中斷打開，這些都沒什么，要注意一點(diǎn)就是中斷函數(shù)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，即我們要訪問的定時(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(shù)

　　好了，我們可以暫時(shí)跳過調(diào)試這一環(huán)節(jié)，因?yàn)楣こ瘫容^簡單，我們可以直接下板

　　在下板的過程中大家可能會(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

　　下面我們再來看UART這個(gè)核

　　先來總體來看一下這個(gè)核，大體上是說啊，這個(gè)UART核可以通過Avalon總線，作為Avalon總線的一個(gè)從機(jī)，來實(shí)現(xiàn)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(yàn)位啊，停止位啊之類的數(shù)據(jù)位，控制數(shù)據(jù)流向啊，允許設(shè)計(jì)者調(diào)用系統(tǒng)給出的必要的一些函數(shù)啊之類的

　　再大體看一下功能框圖

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

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

　　這里有6組寄存器，包括什么讀寫寄存器，控制寄存器，狀態(tài)寄存器，波特率設(shè)置寄存器之類的，具體功能大同小異，簡單來看一下

　　先來看一下讀寄存器吧

　　大體上是說啊，這個(gè)讀寄存器可以保存住來自RXD口輸入過來的數(shù)據(jù)，當(dāng)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(dāng)讀寄存器中的數(shù)據(jù)被讀出的時(shí)候，rrdy位自動(dòng)置0，如果當(dāng)讀寄存器中的數(shù)值還沒有被讀完，又有新字符輸入的話，那么就會(huì)發(fā)生錯(cuò)誤，狀態(tài)寄存器的的roe位自動(dòng)置1，新的數(shù)據(jù)將會(huì)覆蓋原有的數(shù)據(jù)，對讀寄存器寫數(shù)據(jù)是沒有影響的，大體上就是這個(gè)意思了

　　狀態(tài)寄存器位數(shù)太多，這里就不一一講解，大體上是說，當(dāng)發(fā)生各種錯(cuò)誤，例如什么奇偶校驗(yàn)位錯(cuò)誤，停止位錯(cuò)誤之類的，接收發(fā)送錯(cuò)誤之類的，還有指示讀寫寄存器狀態(tài)的，當(dāng)有數(shù)據(jù)的時(shí)候置1，空的時(shí)候置0之類的，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

　　代碼部分呢主先來看一下初始化部分

　　由于我們設(shè)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(jù)基址也就知道了，即32/8 = 4,

　　先對控制寄存器操作，打開就收發(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(shù)

　　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(shù)值讀回，判斷狀態(tài)寄存器的rrdy位的狀態(tài)，如果是1的話那么表明數(shù)據(jù)接收完畢，可以讀了，然后將數(shù)據(jù)保存起來，將接收數(shù)據(jù)位置1表明我們已經(jīng)收到數(shù)據(jù)了

　　以后小墨同學(xué)的教程會(huì)跟這款開發(fā)板配套，想跟小墨同學(xué)一起學(xué)習(xí)，一起進(jìn)步的的可以考慮一下購買一塊開發(fā)板，畢竟學(xué)習(xí)要舍得投資嘛