Nios V pada DE1-SoC (4/5): paparan HEX dan pemasa

Dalam pelajaran sebelumnya, anda menggunakan I/O pemetaan memori untuk kawalan ringkas: input NSW pelayar, data GPIO JP1 dan output LEDR. Pelajaran ini mengekalkan idea yang sama tetapi menggunakan dua persisian lebih lengkap yang telah dibina ke dalam sistem FPGA tetap.

Persisian ialah blok perkakasan yang dikawal oleh pemproses Nios V dengan membaca atau menulis alamat tertentu. Anda tidak mengubah reka bentuk FPGA dalam pelajaran ini. Anda akan menggantikan main.c dengan contoh C ringkas, membina fail ELF, memuat naiknya dan menyemak sama ada tingkah laku papan sepadan dengan penerangan pada aras daftar.

Dua contoh wajib ialah:

- hex_counter, yang menulis corak berkod kepada HEX0.
- timer_blink, yang mengkonfigurasi pemasa sela dan menukar LEDR0.

Untuk peta daftar lengkap, gunakan manual FPGAcademy DE1-SoC Computer with Nios V. Aktiviti ini menyediakan subset yang diperlukan: HEX3_HEX0 di 0xFF200020 dan pemasa sela di 0xFF202000.

Pelayar menunjukkan kawalan butang logik khusus Nios V yang berlabel NB0..NB3. Kawalan ini ialah input JP1/GPIO yang disahkan, bukan daftar KEY FPGAcademy di 0xFF200050.

Untuk kerja wajib dalam pelajaran ini, gunakan contoh HEX dan pemasa di bawah. Bahagian butang pilihan boleh dijalankan secara tersendiri jika ditugaskan: gunakan NB0..NB3 sebagai input logik JP1 dan elakkan istilah KEY0..KEY3.

Paparan HEX ialah paparan tujuh segmen. Sesuatu digit tidak ditulis sebagai nombor 3; digit itu ditulis sebagai corak bit yang menghidupkan atau mematikan setiap segmen.

Contoh hex_counter menulis corak segmen kepada HEX3_HEX0 di 0xFF200020.

Setiap bait dalam HEX3_HEX0 mengawal satu paparan. Dalam atur cara permulaan ini, hanya bait rendah digunakan, jadi hanya HEX0 berubah. Nilai seperti 0x3F bukan sekadar nombor sifar; nilai itu ialah corak segmen yang menyalakan segmen yang diperlukan untuk membentuk 0.

Contoh:

- Digit 0 menggunakan corak 0x3F.
- Digit 1 menggunakan corak 0x06.
- Digit A menggunakan corak 0x77.

Gunakan kod ini untuk hex_counter:

Pilih seluruh blok kod sebelum menyalinnya ke dalam main.c; gantikan keseluruhan kod permulaan.

/* Komputer DE1-SoC dengan Nios V — I/O pemetaan memori */
volatile int *HEX3_HEX0 = (int *) 0xFF200020;  /* 7 segmen HEX3..HEX0 */

static const unsigned char HEX_CODE[16] = {
    0x3F, 0x06, 0x5B, 0x4F,
    0x66, 0x6D, 0x7D, 0x07,
    0x7F, 0x67, 0x77, 0x7C,
    0x39, 0x5E, 0x79, 0x71
};

static void delay(void)
{
    volatile int i;
    for (i = 0; i < 2000000; i++) {
    }
}

int main(void)
{
    int count = 0;

    while (1) {
        *HEX3_HEX0 = HEX_CODE[count & 0xF];
        count++;
        delay();
    }
    return 0;
}

Gunakan jadual untuk merekod perkara yang anda lihat selepas memuat naik hex_counter. Tingkah laku yang dijangka telah diisi. Masukkan dua digit atau corak HEX0 berbeza yang dilihat, kemudian pilih lulus, gagal atau tidak pasti dalam lajur hasil.

Contoh timer_blink memprogram pemasa sela FPGA pada alamat pangkalan 0xFF202000. Kod ini menetapkan tempoh, memulakan pemasa, meninjau bit tamat tempoh, mengosongkan bit itu dan menukar LEDR0.

Jam pemasa ialah 100 MHz, jadi 50,000,000 detik jam bersamaan dengan kira-kira setengah saat. Tempoh 32 bit dibahagikan kepada dua daftar 16 bit kerana antara muka pemasa menyimpan bahagian rendah dan tinggi secara berasingan.

Daftar pemasa yang digunakan:

- STATUS pada ofset +0x0: bit 0, TO, menjadi 1 apabila tempoh tamat.
- CONTROL pada ofset +0x4: STOP, START dan CONT mengawal sama ada pemasa berjalan secara berterusan.
- PERIOD_LO pada ofset +0x8: 16 bit rendah tempoh.
- PERIOD_HI pada ofset +0xC: 16 bit tinggi tempoh.

Gunakan kod ini untuk timer_blink:

Pilih seluruh blok kod sebelum menyalinnya ke dalam main.c; gantikan keseluruhan kod sebelumnya.

/* Komputer DE1-SoC dengan Nios V — I/O pemetaan memori */
volatile int *LEDS = (int *) 0xFF200000;  /* LED merah */

#define TIMER_BASE      0xFF202000
#define TIMER_STATUS    (*(volatile short *)(TIMER_BASE + 0x0))
#define TIMER_CONTROL   (*(volatile short *)(TIMER_BASE + 0x4))
#define TIMER_PERIOD_LO (*(volatile short *)(TIMER_BASE + 0x8))
#define TIMER_PERIOD_HI (*(volatile short *)(TIMER_BASE + 0xC))

#define TIMER_TO        0x1
#define TIMER_CONT      0x2
#define TIMER_START     0x4
#define TIMER_STOP      0x8

int main(void)
{
    const unsigned int half_second = 50000000u;  /* jam pemasa 100 MHz */
    int led = 0;

    TIMER_CONTROL = TIMER_STOP;
    TIMER_PERIOD_LO = (short)(half_second & 0xFFFFu);
    TIMER_PERIOD_HI = (short)((half_second >> 16) & 0xFFFFu);
    TIMER_STATUS = 0;  /* kosongkan TO */
    TIMER_CONTROL = TIMER_CONT | TIMER_START;

    while (1) {
        if ((TIMER_STATUS & TIMER_TO) != 0) {
            TIMER_STATUS = 0;  /* kosongkan TO */
            led ^= 1;
            *LEDS = led;
        }
    }
    return 0;
}

Gunakan jadual untuk merekod kelipan yang dipacu oleh pemasa. Kekalkan tetingkap 10 saat melainkan pengajar meminta ujian lebih panjang. Dalam lajur bukti, tulis perubahan yang dilihat, contohnya padam -> hidup -> padam, kemudian pilih lulus, gagal atau tidak pasti.

Pilih satu contoh yang disahkan dan buat perubahan kecil yang boleh diperhatikan.

Contoh:

- Dalam hex_counter, ubah urutan paparan supaya hanya mengira nilai perenambelasan genap.
- Dalam hex_counter, kawal dua digit HEX dan bukannya HEX0 sahaja.
- Dalam timer_blink, ubah tempoh pemasa supaya LEDR0 berkelip lebih cepat atau lebih perlahan.
- Dalam timer_blink, tukar bit LED yang berlainan.
- Kerja butang pilihan: baca bit 0 hingga 3 JP1 daripada NB0..NB3 dan paparkannya pada LEDR0..LEDR3.

Butang logik NB0..NB3 telah disahkan melalui bit 0 hingga 3 daftar data JP1. Butang ini berguna untuk latihan tinjauan ringkas, tetapi bukan port KEY3..KEY0 FPGAcademy.

Corak C minimum:

volatile int *LEDS = (int *) 0xFF200000;
volatile int *JP1 = (int *) 0xFF200060;
volatile int *JP1_DIR = (int *) 0xFF200064;

*JP1_DIR = 0;
while (1) {
    *LEDS = (*JP1) & 0xF;   // NB0..NB3 -> LEDR0..LEDR3
}

Projek kemuncak mesti menggunakan NSW0..NSW9 dan LEDR0..LEDR9, serta sekurang-kurangnya satu persisian tambahan yang disahkan dalam pelajaran ini.