转——Monitor Program在线仿真器的使用

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转——Monitor Program在线仿真器的使用

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大家好，拿到DE1-SOC板子已经快两个月了，之前由于一些原因，虽然一直在熟悉板子官方手册里面的历程，但一直没有好好写点东西总结一下，从现在开始会陆陆续续发一些帖子，希望和大家多多交流。

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       一、概要：

今天详细介绍Altera Monitor Program这个工具 ，它是Altera大学计划的一部分，可从官网免费下载，界面如下图1所示。明眼人一看就知道，这其实就是一个simulator,可以进行编译、trace、修改功能。这些功能也许NIOSEDS和DS-5也有而且更强大，但是我想说，从学习ARM和NIOS体系结构的角度，这个工具无疑是最简单，最好用的工具，你可以在上面在线仿真你的每一句汇编指令或者是C指令，看具体Memory或Register的使用情况，甚至实时修改它。闲话不多说，让我们开始学习使用这个软件。

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图1

       二、使用思路

              先用Qsys建立硬件系统，然后用文本编辑器编写软件代码，最后下载和调试。

图1

三、

第一步让我们建立一个qsys硬件系统，

图2

首先添加上图所示ip单元：clk, nios2(含jtag_debug)，jtag_uart, memory, pio（2个）

1 l3 ^! y  ]# U图3

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接下来进行参数定义和连线：

1.设置clk: 50MHZ 然后将所有ip的clk和reset端都连接至clk模块的clk端口和clk_reset端口。

2.nios2:

(1)将data_master端口接至jtag_uart的avalon_jtag_slave端、memory的s1端、leds的s1端和switches的s1端。

(2)将instruction_master端口接至memory端的s1端（因为memory需要得到pc的指令地址作取指令用）。

（3）将jtag_debug_module_reset端口截至nios2的reset_n端，memory的reset1端，led的reset端和switches的reset端。

3. jtag_uart：

将jtag_uart的irq端接至nios2的d_irq端。以达到PC可以对nios2产生中断的要求。

4. nios2参数设置，设为e型，Reset_Vector为memory;Exception_Vector为memory, Advanced Features下RAM memory protection去除勾选（否则导致Monitor Program下载时出错）。

5. leds设为10位，output。Switches设为10位, input。并将leds和switches的externel_connection行的Export列双击命名，随即定义外部引脚。

6.固定memory基地址为0x0000,在base列小锁前双击。

7. 在JTAG UART的IRQ栏设置其中断号为5

8. 点选System Assign baseadresses，进行其余地址的自动分配。

至此，qsys系统就全部定义完毕了。

地下Message栏显示 0 Errors,0 Warning.

图4

最后，总结一下，现有模块的地址分配：

Leds:   0x2010   

switches：0x2000

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点选  GENERATE HDL

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四、在quartus外围进行配置和全编译。

1.在工程目录下的..\synthesis文件夹下找到.qip（quartus ip）文件，这里我命名的是qsys.qip将其添加到工程文件中。

图 5

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这个文件是刚刚创建的qsys系统，是最重要的文件，缺少它在编译综合时就会提示缺少文件。

7 H5 F; f. e; A& E" \9 q* c" A

2.创建top顶层文件：

   首先创建最基本的顶层文件，把CLOCK, LED, SW信号定义好，

   然后，这里有一个例化qsys系统最快速的方法，在..\synthesis文件夹下找到xxx_inst.v这个文件（这里是qsys_inst.v），打开，发现generate hdl的时候人性化地已经生成了例化的格式文件。将其copy到顶层文件中，并稍作改动就可以快速完成端口定义。

       最后效果如下图所示

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图6

最后进行一下pinassignment后，进行全编译了。

五、软件代码的编写：

图7

这是一段汇编代码，首先将switches和leds的地址赋值给变量。然后将switches赋值给r3,leds赋值给r3, 并完成将（r2）地址的数据读入至r4寄存器，将r4寄存器的数据写入至(r3)这个地址。不断循环。

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        图8

这是一段与图7功能一样的c代码，具体用法显然，就不解释了。

六、下载与综合调试

（1）打开Altera Monitor Program图标 ，随即打开软件。选Fileànew project, 指定路径和工程名。如图9。(qsys系统基于HPS时Architectuer也可选ARM)

图9

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5 G# ~5 R) u5 h3 y9 I

（2）点选Next, Select a System选择Custom System。其余都是默认示例，可以学习里面的示例代码。不过对于非友晶公司出品的DE系列板子，就不适用了，故这里选择的是定制系统。然后在下面两个空格中选中工程文件中的.sopcinfo文件（qsys中generate hdl后生成）和.sof文件（全编译后生成）。再点选Next。

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图10  

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（3）选择软件语言种类。这里先选Assembly Program。

图11

（4）add选中汇编语言代码start.s。

图12

下面框中的_start是默认的，表示汇编代码中程序开头的地方。

（5）再点Next。如图下图所示，此时连上开发板，上电。

图13

（6）Next,出现下图所示，这里是存储器的设置，这个要配合qsys中的来，当初qsys中添加memory的时候都是使用的是默认大小4096x32bits。故这里可以看到memory地址范围在0x00000000-0x00000fff,正好4096个，对应起来了。点选Next。

图14

插一句，LinkerSection Presets还可以设置为Exception异常，就会如下图所示，这种情况下下可以允许系统有中断。不过这里我们先选Basic类型的做测试。

图15

（7）点选Next,会自动提示是否下载相关硬件进入系统。点选“是”。

图16

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（8）稍作等待，提示下载成功。这里的system其实就是.sof硬件。

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（9）点选确定后问，是否暂停系统，如选是，会使程序下载后马上暂停，等待仿真器单步、全速执行等调试指令。反之，程序下载后则全速运行。这里点选是。

（10）稍作等待后，可见右下角Sucessfully halted nios2。说明系统已挂起。注意，这里软件程序还没下载呢，选Action->Compile & load，对软件程序先编译、后下载。

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                                                                                                                                                     图17

（11）最后可以看到仿真器成功了。点选工具栏中的单步、全速运行按钮查看效果。

右边有详细的寄存器的查看栏。点选全速运行后，即可看到程序正常运作了。Switch一一对应控制小灯。

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七、总结

这一次演示了利用Altera Monitor Program仿真器进行软件的流程。我发现，仿真器工具对于学习NIOS和HPS的体系结构非常有用。

如果进一步需要学习NIOS和ARM详细的指令集用法，请参考附件

Instruction toAltera NiosII soft Prosessor .pdf

Introduction toARM Processor Using Altera Toolchain.pdf

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