原创 学习NIOS-II的经验分享（一）

学习NIOS-II的流程-1——资料的准备

——艾米电子工作室

声明：本文系站长的个人经验分享，不是专业人士的评论，如有瑕疵，还望见谅！

NIOS 即为 NIOS II的缩写！

本人学习NIOS的时间不算很长，也就2年多，开始接触NIOS 就是从我们的一个实际项目出发的，以前一直学习逻辑的FPGA知识。很多网友学习NIOS之前，都或多或少的接触过其他MCU，比如51、AVR、ARM等等，但是为什么还要学习NIOS呢，这之间有哪些区别呢 ？

先来看一下官方的介绍：

Nios II处理器——世界上最通用的嵌入式处理器

迅速构建最合适的处理器系统

嵌入式开发人员面临的主要挑战是如何选择一款最合适的处理器，既不会为了提高性能而超过预算，又不会牺牲功能特性。理想的嵌入式解决方案帮助您：

• 
  
• 选择最适合您应用的CPU、外设和接口
  
• 现场远程更新，保持竞争，满足需求的变化。
  
• 不必改动电路板设计，提升性能——针对需要的功能进行加速。
  
• 避免处理器和ASSP过时的风险
  
• 将多种功能在一个芯片中实现，降低了总成本、复杂度和功耗。

通过最合适的CPU、外设和存储器接口，以及定制硬件加速器，达到每一新设计周期的独特目标，Nios^?  II 处理器以极大的灵活性满足了您的需求。

世界上最流行的可配置处理器

Nios II处理器在全世界已经发售了15,000多个开发套件，世界前20名OEM均采用了该处理器。Nios II处理器是目前最流行的可配置软核处理器。Nios II处理器具有很大的灵活性，得到了广泛应用，在特性、成本和性能上达到了最佳，是一款避免昂贵的产品过时、帮助您将产品尽快推向市场的处理器。

这里面是否言过其实，我们不去追究，只是NIOS 确实可以让你的开发变得简单些，也完全可以根据你自己的意愿来定制CPU！网友学习NIOS大体可以分为以下几类，在校学生为了丰富自己毕业就业的工作筹码，需要掌握更多的专业技能；参加工作不久的开发人员，给自己充电；产品开发前期选型，进行实验；参加专业的比赛，比如电子设计大赛等等。那么如何才能快速的掌握NIOS的开发流程，从而快速入门的？在网上可以找到很多建立一个简单的NIOS工程之类的文章以及视频，本人也做了一些开放式的入门教程。

我总结学习NIOS 分为以下几个阶段：

1——资料的准备：

巧妇难为无米之炊，再好的设计也需要一个实验平台，硬件上需要有一个FPGA的开发板，这个开发板要能够支持NIOS的开发，也就是说需要有SDRAM或者SRAM，这里再次解释一下NIOS的开发板需要哪些配置。很多网友对这个概念不是很清楚，只知道需要SDRAM和FLASH等等，但是为什么需要？

NIOS 是一个软核，他的开发可以采用C语言，最后生成的代码可执行文件需要一个运行的环境，比如计算机的程序运行在内存中一样，其实如果FPGA内部的RAM足够大的话，完全没有必要用外部的了，但是水涨船高，这样芯片价格就会剧增，性价比不好，因此还是需要外部加入SDRAM或者SRAM。

近日见到网上有朋友说EP2C5T144的开发板也可以跑NIOS，这话不假，但是只能跑简单的NIOS实验，我见过这个板子，没有外部的SDRAM很多程序运行不了的，敬请广大网友注意！

现在新的问题又出来了，到底是用SDRAM还是SRAM呢？个人分析，如果系统中对处理速度要求不是很高，选用SDRAM即可，也即是说程序最后在SDRAM中运行，如果要求频繁的数据处理、图像处理或者电机的PID控制等等，还是建议选用SRAM！一般单纯学习NIOS系统或者做些简单的运算，可以考虑SDRAM；毕竟两者的价格相差还是很多的。

最后一个Flash，我们知道单片机的程序都是存在flash中的，掉电之后程序也不会丢失，再次上电可以正常运行，既然NIOS 是软核，应该也是一样的。所以为了保存NIOS的配置文件（sof文件，即整个系统的架构配置）以及最后的C代码文件，需要一个这样的东东。

那么是不是就一定需要一个外部的FLASH呢？其实不然，每个FPGA的开发板都有一个配置芯片，这个东东其实就是FLASH，用它完全可以实现程序的存储，本店销售的NIOS开发板完全使这种风格的设计，采用的均是EPCS4配置芯片。让大家看一个我们的NIOS系统实例，也是我第一次学习NIOS的东东。本人设计的开发板都是根据实际经验出发，并不是网上的抄板！

我们整个团队人员很多，我只是负责其中的电路部分，上面的核心板是我设计的，底下的大板是我一个师兄设计的。核心板上用到的芯片就是EP2C8Q208芯片，因为涉及到电机控制，我们采用了SRAM，同时测量外部电压采用了max197-AD芯片，无线模块等等，核心板很简洁。整个系统实现对一个机器人的底层控制，系统软件中用到了 AD驱动、无线模块驱动、电机测速模块、机器人分号、击球跳球、电机驱动、PID控制等等，完全都是NIOS里面实现。其中，无线模块、AD驱动、电机驱动均是自己设计的底层verilog文件，然后再上层调用，这样执行效率高，底层的文件是并行执行的，如果都放在系统中跟单片机的开发模式差不多，就是一个大的while了。

我们这个系统 用EP2C8Q208 和 EPCS4 可以搞定，网友可以思考一下自己学习的话，这个板子完全可以胜任了，初学者考虑EP2C5Q208 即可！

有了开发板，那么软件上，需要你设置那些呢？<?xml:namespace prefix = o ns = "urn:schemas-microsoft-com:office:office" />

Altera公司从最开始的Quartus 4.0 到现在的Quartus8.1甚至 9.0版本都出来了，你可以根据自己的情况选择软件，建议还是采用高版本的软件，都是向下兼容的！

Altera软件的下载链接通常都有很多，到网上随便搜索一下都可以找到，但是最后下载的源都是Altera的FTP。7.2版本需要下载如下三个文件，从8.0开始IP-core已经集成到Quartus中，也就是下载Quartus和nios2eds即可，至于DSP-Builder以及Modelsim 是否需要下载就看个人喜好了。本人还是习惯用Quartus的仿真。

72_ip_windows.exe
首先 第一个是altera公司提供的IP core ，官方的一些软核设备驱动，这些在SOPC Builder中可以看到，只要接口一样，这些都可以直接调用，节省开发时间，那如果用户自己在开发过程中遇到了一个设备，而官方的IP中没有该怎么办呢？这个工作就需要开发部门的硬件工程师自己来写对应的驱动了，之后按照一定的格式加载进去！
举个例子，我们做的一个机器人项目，用到了无线模块nRF2401，没有对应的发射和接收的例子，只好自己写，还有max197-AD采集芯片，同样要自己写驱动！

72_nios2eds_windows.exe，这个是软核的编译集成开发环境，编写软件的地方，一般开发直接采用C语言开发，此时开发NIOS的工程师一般都具备了单片机开发的基础，采用C语言的思想开发起来，应该没有太大难度，与单片机类似，就是速度快一点！不过要熟悉起来还是需要一段时间的，尤其是初学者采用的函数都是Altera公司提供的函数库，需要熟悉一段时间才能熟练应用，不要一口吃一个胖子，慢慢消化！

72_quartus_windows.exe，这个就不做过多介绍了，FPGA的开发就在这个软件下面进行的！这里面有一个软件没有介绍就是SOPC Builder ，他是集成在Quartus中的！

这几者之间的关系如下图所示

Quartus 建立系统工程，完成综合、编译、管脚配置、sof下载等工作

SOPC Builder 完成 软核系统的配置，IP-core的添加各个模块之间的地址、中断的分配

NIOS IDE 完成 软件开发的工程建立，程序的编译、连接 以及最后软核代码的生成下载，仿真调试等！