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Terasic DE10-Nano教程.pdf

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第1章 我的第一个FPGA工程
1.1. 概述
1.2. 准备工作
1.3. 创建FPGA工程
1.4. 拓展实验
1.5. 解释
第2章 我的第一个Qsys系统
2.1. 概述
2.2. 准备工作
2.3. 创建Qsys系统
2.4. 将Qsys系统整合到Intel Quartus软件工程中
第3章 使用System Console与FPGA设计交互
3.1. 概述
3.2. 准备工作
3.3. 准备DE10-Nano开发板
3.4. 开启System Console之旅
第4章 我的第一个HPS系统
4.1. 概述
4.2. 准备工作
4.3. 实例化硬核处理器系统
4.4. 在Quartus工程中集成Qsys系统
第5章 使用U-Boot与FPGA设计交互
5.1. 概述
5.2. 准备工作
5.3. 准备Terasic DE10-Nano开发板
5.4. 使用U-Boot指令与FPGA设计交互
5.5. 使用U-Boot应用与FPGA设计交互
第6章 使用Linux与FPGA设计进行交互
6.1. 概述
6.2. 准备工作
6.3. 准备DE10-Nano开发板
6.4. 准备Linux示例的材料
6.5. 构建两个devmem程序来与FPGA设计进行交互
6.6. 构建一个Linux应用程序来与FPGA设计进行交互
6.7. 加载设备树覆盖与FPGA设计进行交互
附录
联系友晶
目录 第1 章 我的第一个FPGA 工程 ............................................................................................................................. 3 1.1. 概述...................................................................................................................................................................... 3 1.2. 准备工作 ............................................................................................................................................................ 3 1.3. 创建 FPGA 工程 ............................................................................................................................................. 4 1.4. 拓展实验 .......................................................................................................................................................... 22 1.5. 解释.................................................................................................................................................................... 24 第2 章 我的第一个Qsys 系统 ............................................................................................................................. 27 2.1. 概述.................................................................................................................................................................... 27 2.2. 准备工作 .......................................................................................................................................................... 27 2.3. 创建 Qsys 系统 .............................................................................................................................................. 27 2.4. 将 Qsys 系统整合到 Intel Quartus 软件工程中 ................................................................................. 36 第3 章 使用System Console 与FPGA 设计交互 ........................................................................................... 41 3.1. 概述.................................................................................................................................................................... 41 3.2. 准备工作 .......................................................................................................................................................... 41 3.3. 准备 DE10-Nano 开发板 ........................................................................................................................... 41 3.4. 开启 System Console 之旅 ........................................................................................................................ 42 第4 章 我的第一个HPS 系统 .............................................................................................................................. 50 4.1. 概述.................................................................................................................................................................... 50 4.2. 准备工作 .......................................................................................................................................................... 50 4.3. 实例化硬核处理器系统 ............................................................................................................................. 50 4.4. 在 Quartus 工程中集成 Qsys 系统 ......................................................................................................... 64 第5 章 使用U-Boot 与FPGA 设计交互 ........................................................................................................... 77 5.1. 概述.................................................................................................................................................................... 77 5.2. 准备工作 .......................................................................................................................................................... 77 5.3. 准备 Terasic DE10-Nano 开发板 ............................................................................................................ 78 5.4. 使用 U-Boot 指令与 FPGA 设计交互 .................................................................................................. 82 5.5. 使用 U-Boot 应用与 FPGA 设计交互 .................................................................................................. 85 第6 章 使用Linux 与FPGA 设计进行交互 ..................................................................................................... 91 6.1. 概述.................................................................................................................................................................... 91 6.2. 准备工作 .......................................................................................................................................................... 91 6.3. 准备 DE10-Nano 开发板 ........................................................................................................................... 92 6.4. 准备 Linux 示例的材料 .............................................................................................................................. 97 1
6.5. 构建两个 devmem 程序来与 FPGA 设计进行交互 ........................................................................ 97 6.6. 构建一个 Linux 应用程序来与 FPGA 设计进行交互 ................................................................. 101 6.7. 加载设备树覆盖与 FPGA 设计进行交互 ........................................................................................ 111 附录 .................................................................................................................................................................................. 118 联系友晶 ..................................................................................................................................................................... 118 2
第1章 我的第一个FPGA 工程 1.1.概述 本教程将向您演示如何创建Hello World的硬件工程:LED闪烁程序。这是一个简单的练习, 可以帮助您开始了解如何使用Intel Quartus软件进行FPGA开发。 在本章节中,您将学习如何编译Verilog代码,进行引脚分配,创建时序约束,然后对FPGA 进行编程,驱动开发板上8个绿色LED的其中一个。您将使用一个50MHz的时钟输入(来自 板载晶振)来驱动计数器,并将LED指定给其中一个计数器的输出位。 教程级别:初学者 1.2.准备工作 ◼ 硬件 ⚫ Terasic DE10-Nano套件 基于 Cyclone V SoC FPGA 芯片,Terasic DE10-Nano 开发板为创客、loT 开发人员和教 育工作者提供可重配置的硬件设计平台。 ◼ 软件 ⚫ Intel Quartus Prime软件套件Lite版 此版本 FPGA 设计软件非常适合初学者,因为它可以免费下载而且不需要任何许可文 件。您可以通过链接:https://fpgasoftware.intel.com/?edition=lite 下载。 注:安装文件较大(几千兆字节),而且需要花费很长时间才能下载和安装。为了最大 限度减少下载时间和所需的磁盘空间,我们建议您只下载本练习中所需的项目。取消选 中的“Select All”, 仅选择 Quartus Prime 和 Cyclone V device support。如下图。 当下载并安装完 Intel Quartus 软件,您可以开始准备创建工程。 ? 为什么Intel Quartus 软件下载如此之大(请参考1.5 章节的解释) 注:本文档中的截图基于 v17.0。使用较早版本或更高版本的 Intel Quartus 软件时,用 户体验可能有所差异。 3
图 1-1 Intel Quartus Prime 安装选项 1.3.创建 FPGA 工程 步骤 1. 创建 Intel Quartus 软件工程 1a. 打开 Intel Quartus Prime 软件套件 Lite 版本 图 1-2 Intel Quartus Prime 软件窗口 4
1b. 打开 New Project Wizard 图 1-3 点击 New Project Wizard 按钮 1c. 在 Introduction 对话框下点击 Next 图 1-4 Introduction 对话框 5
1d. Directory,Name,Top-Level Entity 选择目录,用于存放工程。命名工程为“blink”,并保存在 IntelFPGA_lite 文件 夹。点击 Next。 当提示创建目录时,选择 Yes。 图 1-5 工程位置明细 图 1-6 创建目录对话框 此工程目录用于本示例教程,但对于以后创建新的工程我们不做推荐。 ? 以后的工程文件放在哪里 (请参考1.5 章节的解释) 6
1e. 工程类型 选择 Empty Project,然后点击 Next。 图 1-7 Project Type 对话框 1f. 添加文件 此处不必添加任何文件。点击 Next。 图 1-8 Add Files 对话框 7
1g. Family, Device & Board Settings 注:您可能需要展开窗口查看更多器件名称。 选择以下器件: • Family : Cyclone V • Device : Cyclone V SE Base • Device name : 5CSEBA6U23I7 注:为了选择指定的器件,您需要点击向上/向下箭头,滚动器件支持清单直到 发现 5CSEBA6U23I7。或者您可以在 Name filter 框中输入器件名称,以缩小器 件清单。您也可能要展开 Name 区域查看整个器件名称。 图 1-9 Family 和 Device 对话框 点击 Next。 1h. EDA Tool Settings 我们将使用默认的 EDA 工具和设置,所以不需要改变。点击 Next。 8
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