Nios V na DE1-SoC (2/5): E/S mapeada em memória com C

O processador Nios V enxerga os periféricos de hardware como endereços de memória. Neste laboratório, o programa inicial usa:

- LEDR em 0xFF200000: registrador de saída dos LEDs vermelhos.
- dados JP1 em 0xFF200060: caminho de entrada das chaves lógicas do LabsLand.
- direção JP1 em 0xFF200064: registrador de direção do GPIO.
- JTAG UART em 0xFF201000: saída do terminal por printf.

A CPU lê e escreve esses endereços como memória comum, mas o tecido da FPGA encaminha cada acesso a um periférico, e não à RAM. Isso é E/S mapeada em memória.

Os controles do navegador têm os rótulos NSW0..NSW9. Neste fluxo remoto, eles não são a porta física SW0..SW9 em 0xFF200040. Os controles NSW lógicos entram pelos bits do GPIO JP1; o programa inicial desloca esses bits para baixo antes de escrever no registrador de LEDs.

Limite da referência: o manual FPGAcademy DE1-SoC Computer with Nios V é a referência correta para o computador Nios V fixo e seu mapa de periféricos. Esta lição usa deliberadamente o caminho JP1 validado pelo LabsLand para os controles NSW do navegador, em vez de usar diretamente o registrador das chaves físicas da FPGAcademy.

Posições principais:

- NSW0 é lida como o bit 5 do JP1 e se torna LEDR0.
- NSW1 é lida como o bit 6 do JP1 e se torna LEDR1.
- NSW2 é lida como o bit 7 do JP1 e se torna LEDR2.
- O padrão continua até NSW9, lida como o bit 14 e transformada em LEDR9.

Neste perfil, escrever 0 no registrador de direção JP1 configura como entradas as linhas usadas por NSW0..NSW9. Por isso o programa executa *JP1_DIR = 0; antes de ler os dados JP1.

Registre três testes rápidos. Em cada linha, preveja primeiro a saída LEDR, alterne o controle NSW na placa e anote o resultado observado.

Mantenha aberta a aba do laboratório C. Você pode responder usando o código abaixo, que é o mesmo main.c que acabou de compilar e testar.

Concentre-se no laço:

*JP1_DIR = 0;
while (1) {
    *LEDS = (*JP1 >> 5) & 0x3FF;
}

O deslocamento move para as posições 0 a 9 os bits do JP1 usados por NSW0..NSW9. A máscara mantém apenas esses dez bits antes da escrita no registrador de LEDs.

Por exemplo, quando apenas NSW0 está ligada, o bit 5 do JP1 é 1. Depois de >> 5, ele se torna o bit 0 e acende LEDR0. Os qualificadores volatile são necessários porque o valor apontado por JP1 pode mudar devido ao hardware, não a uma atribuição em C. Sem volatile, uma otimização poderia reutilizar um valor antigo ou remover um acesso repetido que pareceria redundante na memória comum.

Use novamente a aba do C IDE. Se a primeira sessão ainda estiver aberta, reutilize-a; se tiver expirado, compile o ELF modificado e envie-o outra vez. Altere o programa para que os LEDs mostrem um padrão transformado das chaves, clique em Build ELF, envie-o e teste na placa.

Escolha uma transformação:

- Inverta os dez bits das chaves antes de escrever nos LEDs.
- Mostre apenas os cinco controles NSW inferiores em LEDR0..LEDR4.
- Desloque o padrão NSW uma posição de LED para a esquerda e explique o que acontece com NSW9.