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SOPC嵌入式系统实验教程（一）

	书　名：	SOPC嵌入式系统实验教程（一）
	作　者：	周立功等
	出版社：	北京航空航天大学出版社
	ISBN：	7-81077-903-6
	定　价：	29.00元
	出版日期：	2006-11-1
	购买方法：	北航出版社　　网上购书

内容简介

　　本书是与《SOPC嵌入式系统基础教程》相配套的实验教材。设计开发了45个实验，包括SOPC硬件系统的基础实验，基于Nios II外设的基础编程实验，基于实验箱外设的Nios II高级编程实验，在Nios II系统中进行基于μC/OSII操作系统的应用程序开发实验和SOPC硬件系统的高级实验。各种实验的安排由浅入深，由硬件到软件，相对完整，使读者很容易学习和掌握SOPC嵌入式系统的开发应用。
　　本书配套视频教程，以视频形式详细说明了书中部分内容的操作流程，可使读者快速入门。
　　本书可作为高等院校电子工程、计算机、微电子、通信、自动控制等相关专业SOPC嵌入式系统课程的实验教材，也可作为从事SOPC嵌入式系统应用开发工程师的参考资料。

前言

　　SOPC(System On Programmable Chip,可编程片上系统)是Altera公司提出的一种灵活、高效的SOC解决方案，是一种新的软硬件协同设计的系统设计技术。它将处理器、存储器、I/O口、LVDS和CDR等系统设计需要的功能模块集成到一个可编程器件上，构成一个可编程片上系统。SOPC是PLD和ASIC技术融合的结果。目前0.13 μm的ASIC产品制造价格仍然相当昂贵，而集成了硬核或软核CPU、DSP、存储器、I/O设备和可编程逻辑SOPC芯片在应用灵活性和价格上有相当大的优势，所以有人认为SOPC代表了半导体产业未来的发展方向。
　　以本书作者的经验，SOPC技术只有通过大量的实践才能很好并快速地掌握，为此本实验教程在内容编排上力求实用与实战，深入浅出、由易到难地列出了很多实例。在教程中，作者努力做到不仅讲述怎样进行实验，而且分析为什么这样做，以便读者能够深刻理解并快速掌握。
　　本实验教程的内容安排如下：
　　第1章详细分析本书所对应SmartSOPC多功能教学实验开发平台的硬件电路，包括核心板和主板两部分，为读者设计自己的硬件电路提供参考。
　　第2章简单介绍实验前的一些准备工作，读者必须按照本章要求完成准备工作，才能正确地进行其它章节的实验内容。
　　第3章介绍SOPC硬件系统的基础实验，目的是让读者通过这些实验掌握SOPC开发的基本流程，熟悉使用Quartus II、SOPC Builder定制Nios II系统，以及利用Nios II IDE进行应用程序开发。本章实验由简单到复杂，采用Step by Step的方式让读者以最快的方式了解SOPC开发以及各软件的使用，从而激起读者对SOPC的兴趣。
　　第4章介绍基于Nios II外设的基础编程实验，包括PIO、定时器、UART、JTAG UART和SPI等，以帮助读者快速地熟悉各外设的编程以及Nios II软件开发流程。
　　第5章介绍一些基于实验箱外设的Nios II高级编程实验，所有实验室常用的各外设在实验平台上都有相对应的实验。由于篇幅所限，本书并没有详细讲述外设IP核及其驱动程序的编写，但在随实验平台配套的光盘中提供了注解的源码，读者可自行阅读。
　　第6章以4个具体实验让读者熟悉在Nios II系统中怎样进行基于μC/OSII操作系统的应用程序开发。
　　第7章是SOPC硬件系统的高级实验，帮助读者掌握如何定制用户逻辑外设和用户指令。定制用户逻辑外设和用户指令是使用Nios II嵌入式软核处理器的SOPC系统的重要特性，用户还可以通过定制用户逻辑外设和用户指令来实现各种应用要求。
　　附录为本书的实验平台的FPGA的引脚分配表。
　　在阅读本书的过程中，请读者注意以下几点：
　　本书中提及的“配套光盘”，随SmartSOPC多功能教学实验开发平台提供。
　　本书的代码和算法力求简单易懂，在此过程中很少考虑运行的效率。一方面因为书中的代码仅供学习使用，暂不考虑用作实际项目；另一方面，作者认为读者对本书内容有了足够的了解之后，再考虑效率和实用性也不迟。
　　本书列出了作者在验证本书内容过程中遇到的很多问题的解决方法和注意事项，书中特别用表示出来。
　　本书对一些术语在不同场合下并没有严格进行统一，事实上Altera公司的英文手册也是如此。不统一的术语主要是外设、元件、IP核。在SOPC Builder中通常使用元件（Component）或IP核来描述硬件模块；而在软件编程中通常把在SOPC Builder中称之为元件或IP核的硬件模块描述为外设或设备。
　　由于中文资料缺乏，一些内容是在Altera公司英文文档及软件帮助内容的基础上翻译的。在翻译过程中一些表达可能不恰当，为此在括号内给出了相应的英文表达，以便于读者更好地理解。
　　本书是基于广州致远电子有限公司的SmartSOPC多功能教学实验开发平台而编写的，如果读者没有该实验开发平台或使用其它类似的开发平台，也能从本书的部分章节中受益。
　　本书在写作过程中遵循“宁可啰唆一点，也不放过细节”的方针。对书中的某些地方，有些读者可能觉得很“简单”，甚至有些啰唆，但对大多数初学者可能并非如此。因为作者认为，有些足够简单甚至可以跳过的内容，对某些读者来说，未必能一下子就弄清楚，所以，本书很多地方将尽量阐述清楚，以节省读者理解的时间。
　　最后要强调的是，本书旨在引路，不会带领读者掌握更深层次的开发，更高级的应用读者应自己去挖掘。
　　本书适合于高等院校电子工程、计算机、微电子、通信、自动控制等专业以及对此类专业感兴趣的高年级本科生和研究生。作者相信读者只要认真、勤奋地实践书中的内容，就能体会到由实践而带来的一次又一次的成就感；而成就感是学习过程中的快乐源泉，学习效率也会因此而提高，读者也能因此而较快地进入SOPC的技术世界。
　　参与本书编写和相关工作的主要人员有周书武、刘英斌、张晶、芮文彬、杜佳等，本书由周立功负责规划、内容编排、定稿与修改。
　　感谢北京航空航天大学出版社的大力支持，使本书得以快速出版。
　　由于作者的水平有限，书中内容难免有疏忽、不恰当甚至错误的地方，恳请各位老师及同行指正，并请您将阅读中发现的错误或建议发送到tools@embedtools.com，以使本书不断完善。读者若需要购买配套的SmartSOPC多功能教学实验开发平台，请与广州周立功单片机发展有限公司联系（联系方式见本书最后）。
　　本书配套有视频教程，以视频的形式详细说明了第2章、第3章3.1节和第4章4.1节的操作流程。通过视频教程，读者可以快速入门。该视频教程可在http://www.embedtools.com/网站，或北京航空航天大学出版社网站（http:www.buaapress.com.cn)上下载。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　周立功
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　2006年7月20日

目录

第1章 SmartSOPC教学实验开发平台1
1.1 功能特点1
1.2 核心板电路分析3
1.2.1 核心板硬件原理概述3
1.2.2 FPGA器件5
1.2.3 存储电路6
1.2.4 配置电路15
1.2.5 复位电路21
1.2.6 时钟电路21
1.2.7 FPGA I/O口分配电路22
1.2.8 扩展接口电路22
1.2.9 独立按键及LED电路25
1.2.10 电源27
1.3 主板28
1.3.1 电源电路28
1.3.2 按键及LED电路29
1.3.3 蜂鸣器电路29
1.3.4 七段数码管显示电路30
1.3.5 液晶显示电路31
1.3.6 16×16 LED点阵电路32
1.3.7 RS232串口电路33
1.3.8 RS485接口电路34
1.3.9 红外通信电路34
1.3.10 以太网接口电路35
1.3.11 USB接口电路37
1.3.12 步进电机电路38
1.3.13 直流电机电路38
1.3.14 VGA接口电路39
1.3.15 PS/2键盘鼠标接口电路40
1.3.16 串行D/A、A/D电路41
1.3.17 实时时钟电路42
1.3.18 数字温度传感器电路43
1.3.19 SD/MMC卡接口电路43
1.3.20 外设PACK接口电路45
1.3.21 主板与核心板接口45
1.3.22 主板上的跳线及接口电路47
1.4 高速A/D和D/A PACK板48
1.5 红外遥控器电路49
第2章实验准备工作50
2.1 复制光盘提供的文件50
2.2 QuickSOPC1C6和QuickSOPC1C1251
2.3 安装ByteBlaster II下载电缆53
第3章 SOPC硬件系统基础实验55
3.1 SOPC快速入门55
3.2 EPCS的编程实验86
3.3 建立带SDRAM的Nios II系统实验93
3.4 建立带Flash的Nios II系统以及FLASH 编程实验117

3.5 定制Avalon总线型元件实验126
3.6 建立Standard硬件平台实验131
第4章 SOPC软件编程基础实验144
4.1 PIO输出实验1——流水灯控制145
4.2 PIO输出实验2——步进电机控制148
4.3 PIO输入实验——读取开关信号153
4.4 PIO外部中断实验157
4.5 定时器实验1——使用系统时钟服务161
4.6 定时器实验2——使用时间标记服务166
4.7 定时器实验3——看门狗实验169
4.8 通过C库函数访问JTAG UART173
4.9 通过HAL API函数访问JTAG UART176
4.10 通过C库函数访问UART178
4.11 通过HAL API函数访问UART181
4.12 SPI 操作及逻辑分析仪使用实验184
4.13 存储器实验189
4.14 System ID实验190
第5章 SOPC软件编程高级实验193
5.1 字符液晶显示实验193
5.2 七段数码管显示实验196
5.3 频率计实验199
5.4 直流电机直流脉宽调速(PWM)实验201
5.5 乐曲播放实验205
5.6 实时时钟实验213
5.7 温度采集实验219
5.8 读/写CAT1025实验224
5.9 A/D转换实验226
5.10 D/A转换实验231
5.11 红外收发通信实验234
5.12 16×16点阵LED实验238
5.13 简单的嵌入式Web服务器实验241
5.14 读/写SD Card实验248
5.15 USB实验253
5.16 VGA接口实验260
5.17 PS/2鼠标接口实验262
5.18 PS/2键盘接口实验265
第6章 μC/OSII基础实验 270
6.1 μC/OSII应用程序开发流程实验270
6.2 任务管理和时间管理实验276
6.3 信号量和互斥量实验283
6.4 消息队列和邮箱实验292
第7章 SOPC硬件系统高级实验304
7.1 定制基于Avalon总线的用户外设实验304
7.2 定制Nios II用户指令实验315
7.3 创建目标板Flash编程设计实验326
附录 SmartSOPC核心板FPGA引脚分配336
参考文献344