Đang tải... (xem toàn văn)
Nghiên cứu hệ thống nhúng trên SoPC builder và các ứng dụng
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD : Th.S HUỲNH HỮU THUẬN Mục lục Chương I 3 Giới Thiệu Về Phần Mềm 3 I.1. Phần Mềm Quartus II 3 I.2. SOPC BUILDER 11 I.2.1 Khái niệm về SOPC: 11 I.2.2 Thiết Kế SOPC Builder Dùng Mã Verilog 15 I.3 Phần Mềm NIOS II IDE 21 I.3.1 Tổng quan các tính năng của bộ vi xử lý NIOS II: 22 I.3.2 Cấu Trúc Thanh Ghi 23 I.3.3. Truy Xuất Bộ Nhớ Và Thiết Bị I/O 26 I.3.4. Địa Chỉ 27 I.3.5. Tập Lệnh 28 I.4 Board DE2 29 I.4.1. Tính năng của mạch DE2 29 I.4.2. Thông số kỹ thuật 30 I.4.3. Những Ví Dụ Về Những ứng Dụng Cao Cấp 34 Chương II 36 Audio Codec W8731/L 36 II.1 Giới Thiệu Về AUDIO CODEC W8731/L 36 II.1.1 Đường Dẫn Line Input 38 II.1.2 Ngõ Vào Microphone 41 II.1.3 MICROPHONE BIAS 41 II.1.4 Bộ Lọc ADC 41 II.1.5 Bộ Lọc DAC 43 II.1.6 Line Ngõ Ra 44 II.1.7 HEADPHONE AMPLIFIER 45 II.2 Các Chế Độ Hoạt Động 47 II.2.1 SYPASS MODE 47 II.2.2 SIDETONE MODE 49 II.3 Hoạt Động Của Thiết Bị 50 II.3.1 Cài Đặt Lại Thiết Bị 50 II.3.2 Lược Đồ CLOCKING 50 II.3.3 LÕI XUNG CLOCK. 51 II.3.4 Máy Tạo Dao Động CRYSTAL 51 II.3.5 CLOCKOUT 52 II.3.6 Giao Diện Phần Mềm 53 II.3.7 Chế Độ Năng Lượng 55 II.3.8 Bản Đồ Thanh Ghi 59 II.3.9 Nét Đặc Trưng Của Đầu Lọc Kỹ Thuật Số 59 II.3.10 Sự Hoạt Động Ở Chế Độ Master/Slave. 61 II.4 Mô tả tổng quát về SD CARD 62 II.4.1 Tính Năng 63 II.4.2 Ứng dụng 63 II.4.3 Mô Tả Port Của SD Card 63 II.5 Định Dạng FAT 64 II.6 Khái Niệm Về Tập Tin Wave 68 SVTH: NGUYỄN MINH HIẾU – HUỲNH CÔNG PHÚ Trang 1 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD : Th.S HUỲNH HỮU THUẬN Chương 3 Hệ Thống Tổng Quát 70 III.1 Thiết Kế Mô Hình SD Music Player. 70 III.2 Chương Trình Demo 71 III.2.1 Các Định Nghĩa Thiết Lập 71 III.2.2 Các Chương Trình Con Và Các Hàm Con 73 III.2.3 Chương Trình Chính 85 Tài liệu tham khảo 89 Phụ Lục 90 SVTH: NGUYỄN MINH HIẾU – HUỲNH CÔNG PHÚ Trang 2 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD : Th.S HUỲNH HỮU THUẬN Chương I Giới Thiệu Về Phần Mềm I.1. Phần Mềm Quartus II Hệ thống Quartus II bao gồm đầy đủ tất cả công thức thông thường để mô tả yêu cầu mạch vào trong một hệ thống CAD. Người dùng có thể chỉ định yêu cầu mạch vào trong ngôn ngữ mô tả phần cứng Verilog hoặc VHDL. Và cái khác là dựa trên nội dung yêu cầu mạch trong mẫu của một sơ đồ biểu đồ. Bước cuối cùng trong quá trình thiết kế cần phải cấu hình mạch thiết kế trong thiết bị Nios II thật. Mỗi mạch logic, hay mạch phụ, thiết kế bằng phần mềm Quartus II được gọi là một Project. Phần mềm làm việc trên một project tại một thời điểm và giữ thông tin cho project trong một thư mục trên file hệ thống. Để bắt đầu thiết kế một mạch logic mới, trước tiên phải tạo một thư mục để chứa các file của nó. Hình 1.1.1. Hiển thị chính Quartus II. SVTH: NGUYỄN MINH HIẾU – HUỲNH CÔNG PHÚ Trang 3 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD : Th.S HUỲNH HỮU THUẬN Hầu hết các lệnh cung cấp bởi Quartus II có thể được truy xụất bằng cách dùng một thiết lập của menu được xác định dưới dạng thanh tiêu đề. Hình 1.1.2. ví dụ file menu Để bắt đầu một thiết kế mới trước tiên phải định nghĩa một thiết kế project mới. Tạo một project mới như sau: ¾ Chọn File > New Project Wizard để được cửa sổ như hình 1.1.3. Có thể bỏ qua cửa sổ này trong project sau bằng cách đánh dấu check vào hộp SVTH: NGUYỄN MINH HIẾU – HUỲNH CÔNG PHÚ Trang 4 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD : Th.S HUỲNH HỮU THUẬN thoại Don’t show me this introduction again. Nhấn next sẽ thấy cửa sổ như hình 1.1.4. Hình 1.1.3. Thao tác thực hiện bằng Wizard Tasks SVTH: NGUYỄN MINH HIẾU – HUỲNH CÔNG PHÚ Trang 5 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD : Th.S HUỲNH HỮU THUẬN Hình 1.1.4. Tạo một project mới. ¾ Nhấn next. Từ đây chúng ta đã tạo ra một thư mục introtutorial hay chưa, phần mềm Quartus II hiện ra một hộp trong hình 1.1.5 hỏi nó sẽ tạo ra một thư mục mong muốn. click Yes, hiện ra cửa sổ trong hình 1.1.6 Hình 1.1.5. Phần mềm Quartus II sẽ tạo ra một thư mục cho project SVTH: NGUYỄN MINH HIẾU – HUỲNH CÔNG PHÚ Trang 6 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD : Th.S HUỲNH HỮU THUẬN Hình 1.1.6. Wizard có thể bao gồm file thiết kế lý thuyết. ¾ Nếu không có file nào tồn tại, Click next, sẽ thấy cửa sổ trong hình 7. SVTH: NGUYỄN MINH HIẾU – HUỲNH CÔNG PHÚ Trang 7 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD : Th.S HUỲNH HỮU THUẬN Hình 1.1.7. Chọn một họ thiết bị và một thiết bị cụ thể ¾ Chúng ta có kiểu thiết bị cụ thể, mà mạch được thiết kế sẽ được thực thi đầy đủ. Chọn Cyclone II làm họ thiết bị mục tiêu. Chúng ta có thể cho phép phần mềm Quartus II chọn họ thiết bị cụ thể, hay chúng ta có thể chọn thiết bị rõ ràng. Từ danh sách thiết bị cho phép chọn thiết bị EP2C35F672C6, mà được SOPC Builder dùng trên board DE2. nhấn next mở cửa sổ trong hình 1.1.8. SVTH: NGUYỄN MINH HIẾU – HUỲNH CÔNG PHÚ Trang 8 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD : Th.S HUỲNH HỮU THUẬN Hình 1.1.8. Công cụ EDA khác ¾ Người dùng có thể chỉ định bất kỳ công cụ EDA nào. Phổ biến là dùng phần mềm CAD cho mạch điện là các công cụ EDA. Thuật ngữ này được dùng trong thông báo Quartus II đề cập đến ba công cụ. từ đây chúng ta sẽ dựa vào các công cụ của Quartus II, không chọn công cụ nào khác. ¾ Nhấn next. Tóm tắt của những chọn lựa trên là xuất hiện màn hình như hình 1.1.9. nhấn finish, trở về cửa sổ chính Quartus II, nhưng với light được định nghĩa như project mới trong thanh tiêu đề như hình 1.1.10 SVTH: NGUYỄN MINH HIẾU – HUỲNH CÔNG PHÚ Trang 9 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD : Th.S HUỲNH HỮU THUẬN Hình 1.1.9. Tóm tắt của việc cài đặt project. SVTH: NGUYỄN MINH HIẾU – HUỲNH CÔNG PHÚ Trang 10 [...]... 1.2.1: Sơ đồ ví dụ về hệ thống SOPC tích hợp trên PLD của Altera Các thư viện của SOPC builder thường bao gồm các thành phần sau: Vi xử lý Các IP và các kết nối ngoại vi Các giao diện với bộ nhớ Các thiết bị liên lạc ngoại vi Các giao diện và các bus, bao gồm cả giao diện Avalon Các lõi DSP Ta có thể sử dụng SOPC builder để xây các hệ thống nhúng bao gồm CPU, giao tiếp bộ nhớ, và các module I/O Ta cũng... device) là một thiết bị được tạo ra từ các cổng logic, có khả năng lập trình được để tạo các ứng dụng khác nhau Từ ý tưởng trên, thuật ngữ SOPC- system on programmable chip ra đời Toàn bộ thiết kế hệ thống sẽ được tạo trên một thiết bị logic khả trình (PLD) Lĩnh vực này thường ứng dụng để thử nghiệm các hệ thống trước khi chế tạo các IC Một sơ đồ ví dụ về hệ thống SOPC được được trình bày trong hình 1.1... khi project được tạo I.2 SOPC BUILDER I.2.1 Khái niệm về SOPC: System on Programmable chip (SOC) là một ý tưởng về sự tích hợp tất cả mọi thành phần của một hệ thống vào một mạch tich hợp (IC) Mạch này có thể bao gồm cả các chức năng số, tương tự, hoặc cả hai- tất cả trên một chip Ứng dụng điển hình cho ý tưởng này là các hệ thống nhúng Các SOC có ưu điểm là giá thành thấp và đơn giản Thiết bị logic... HỮU THUẬN Thêm vào hoặc loại ra các component trong hệ thống Cấu hình các component Chỉ định các đường kết nối giữa các component Hình 1.2.2: Các thành phần trong nhãn system contents Bảng 1.1: Các thành phần giao diện người dùng trên nhãn system contents Thành phần Chức năng Các nhãn (Tabs) Phân loại các điều khiển giao diện người dùng dựa trên tác vụ Danh sách các thành Liệt kê thư viện các thành phần... chỉ để tạo ra một hệ thống tạo luồng dữ liệu mà không bao gồm CPU SOPC sử dụng một giao diện người dùng gồm các nhãn dán (Tab) Các tác vụ được phân chia theo chức năng và các tác vụ có liên quan với nhau sẽ được trình bày trên cùng một nhãn Nhãn system contents được hiển thị khi ta mở SOPC Builder Hình 1.2.2 trình bày giao diện của nhãn này (và cũng là giao diện mặc định của SOPC Builder) Với nhãn... các cảnh báo, lỗi hay thông tin liên quan đến hệ (Messages Window) thống hiện tại I.2.2 Thiết Kế SOPC Builder Dùng Mã Verilog I.2.2.1 Bắt Đầu Một SOPC Builder: Sao khi hoàn thành xong chương trình chính việc xây một project mới của Quartus II, góc phải của giao diện ta thấy biểu tượng SOPC Builder, click vào đó sẽ cho phép chúng thiết kế một hệ thống SOPC Builder có thể lập trình được bằng Nios II IDE... phỏng NIOS II(ISS) Mỗi ứng dụng có thư viện riêng của nó Thư viện này chứa file liên quan tới hệ thống xây dựng của SOPC Builder Nó có thể thực hiện lựa chọn bộ nhớ ngõ vào, ngõ ra và bộ đếm cho ứng dụng Có nhiều tùy chọn của biên dịch và chạy chương trình Nó thì rất hữu ích cho luận điểm project này ”tùy chọn thư viện C nhỏ” Khi “tùy chọn thư viện C nhỏ” được chọn, thư viện hệ thống dùng bổ xung giảm... là chương trình biên dịch ngôn ngữ lập trình C và download chúng vào trong chip Nios II Nó chọn hệ thống SOPC gồm có: bộ nhớ, bộ đếm và nhiều lựa chọn khác để biên dịch, debug và chạy chương trình C JTAG UARC dùng để download file C tới chip NIOS II NIOS II IDE có một new project wizard dùng để tự động cài đặt project ứng dụng C/C++ và project thư viện hệ thống hơn nữa, NIOS II IDE cung cấp mã phần mềm... phần cứng Một bộ xử lý NIOS II có thể hoạt động trong ba chế độ sau: Chế độ giám sát: cho phép bộ xử lý thi hành tất cả các tập lệnh và thực hiện tất cả các hàm có sẵn khi bộ xử lý reset, nó sẽ đi vào chế độ này Chế độ người dùng: ngăn ngừa việc thực hiện một vài tập lệnh dùng cho hệ thống mục tiêu Một vài tính năng của bộ xử lý không sử dụng được trong chế độ này Chế độ debug: được sử dụng bởi các công... Trình bày các liên kết giữa những thành phần, cho phép ta: Chỉ định liên kết giữa cổng master và cổng slave Chỉ định các chia sẻ thỏa hiệp cho các cổng slave được nhiều cổng master truy cập Các thiết lập bo mạch Cho phép ta chỉ định chi tiết nền phần cứng: (Board Settings) Ví dụ ta có thể chỉ định board cụ thể sử dụng cho thiết kế này, nhờ đó SOPC Builder sẽ tự động hỗ trợ kết nối các chân ra các thiết . về hệ thống SOPC tích hợp trên PLD của Altera Các thư viện của SOPC builder thường bao gồm các thành phần sau: ¾ Vi xử lý ¾ Các IP và các kết nối ngoại vi ¾ Các giao diện với bộ nhớ ¾ Các. lạc ngoại vi ¾ Các giao diện và các bus, bao gồm cả giao diện Avalon ¾ Các lõi DSP Ta có thể sử dụng SOPC builder để xây các hệ thống nhúng bao gồm CPU, giao tiếp bộ nhớ, và các module I/O thể bao gồm cả các chức năng số, tương tự, hoặc cả hai- tất cả trên một chip. Ứng dụng điển hình cho ý tưởng này là các hệ thống nhúng. Các SOC có ưu điểm là giá thành thấp và đơn giản. Thiết