基于UP3Kit的Target Board开发研究
基于UP3Kit的Target Board开发研究
杨兵夏志忠周光荣
（大连海事大学，信息工程学院，辽宁，大连，116026）
E-mail：admiral1@https://www.wendangku.net/doc/0c14434767.html,
摘 要：通过对UP3Kit的TargetBoard的研究，深入说明了TargetBoard开发步骤和其中一些关键问题。成功通过开发的TargetBoard在Altera的NIOS II IDE开发环境中实现了Flash Programmer软件，硬件下载。
关键词：UP3Kit ,Target Board , SOPC Builde , QuartusII工程
1．引言
继Altera公司首先提出SOPC的概念及在2004年6月推出了新的软核处理器NIOS II以后。为了适应新的SOPC开发环境需求，使得嵌入式FPGA进一步推广，该公司在2004年将UP3Kit作为其大学计划中推出的新的官方标准套件。该套件对于在校的工程师和教授都可以免费申请，核心的FPGA芯片为Cyclone 系列的EP1C6或者EP1C12。
Target Board 是Altera的SOPC设计中的一个概念，定义如下：“the term “target board” refers to the set of files used by SOPC Builder to determine board characteristics on which the system is being implemented（概念“target board”是指由SOPC Builder使用的一组用于指明系统运行的硬件板特性的文件）”它是一个独立的QuartusII工程（QuartusII是Altera公司开发的FPGA&CPLD设计软件），该工程中也包含NIOS II软核处理器。它是针对具体的硬件电路板的工程，对于一个型号的硬件电路必须单独设计。它的使用是在SOPC Builder中指定的。SOPC Builder是QuartusII中的一个软件插件，专门用来开发基于NIOS II的CPU模块。NIOS II IDE是Altera公司开发的用于开发基于NIOS II的软件工程的设计环境。
由于基于Target Board方式对于SOPC来说是区别与传统FPGA设计的一种新的下载方式。我们对他的进行了研究。文章第2节说明了Target Board的开发过程，第3节说明了其使用。
2．Target Board开发
Target Board开发需要软件为QuartusII4.2（及其以上版本）和NIOS II IDE。
Target Board开发工作基本上有三个大的步骤分别是：
1）收集硬件电路板信息。
2）在NIOS SDKshell环境下运行mk_target_board，生成Target Board的QuartusII工程，CPU模块（基于NIOS II）和Reset 模块。
3）在QuartusII硬件设计环境下，设计其所必须的外围电路。如，时钟和FLASH的控制电路。
下面分别就以上步骤作进一步详细讨论。
2．1．获取硬件电路板信息
由引言我们知道Target Board是针对具体硬件电路板的QuartusII工程，它针对的对象就是FPGA芯片，EPCS配置芯片，FLASH存储器。所以我们要首先获得以上三种芯片的相关信息。
基于UP3Kit以上硬件电路的信息如下表：
型号编号数量（片）存储器容量FPGA EP1C6Q240 U11 1 NC
EPCS EPCS1 U15 1 1Mbit
Byte FLASH TC58FVB160AFT U8 1 2M
表1，基于UP3Kit制作Target Board硬件信息其中型号用于我们获得器件的电器和功能特性。编号是制作硬件时指定的，其实也可以自己指定只要保证FPGA,EPCS,FLASH各个芯片的编号不重复即可。对于Target Board来说以上FPGA,EPCS只能分别指定一片，FLASH可以指定多片。
通过下面制作过程我们来说明以上硬件电路信息的作用。
2．2．调用mk_target_board
当收集完以上的硬件电路信息以后就可以打开“开始>Programs >Altera > NIOS II Development Kit > NIOS SDKshell”
然后，使用“cd”命令将当前目录改变到存放Target Board的工程目录下。这个目录放置在硬盘上的任何地方。这里将要把Target Board的工程放在D:\altera\UP3\targetboard这个目录下。
执行mk_target_board命令来建立Target Board的project模板。mk_target_board命令的有以下一些参数：
--name=
--family=
--clock=
--index=
--epcs=
--buffer_size=
如图1为mk_target_board成功执行以后的情况：
图1 mk_target_board执行执行mk_target_board 产生的结果是在“D:\altera\UP3\targetboard”这个目录下生成了一个新的QuartusII 工程，并且在这个工程中已经添加了一个基于NIOS II软核处理器的CPU模块和一个Reset模块，CPU模块是可以在SOPC Builder中再编辑的。如图2从“D:\altera\UP3\targetboard”中打开这个工程，其中的UP3board即为CPU模块，delay_reset_block即为Reset模块。
2．3．QuartusII工程设计
2．3．1修改CPU设置
在QuartusII的 tools工具栏中打开SOPC Builder修改CPU模块的设置。其中关键的几项修改有：1）JTAG UART设置：mk_target_board自动生成了Module Name为jtag_uart_0的部件，但是不同版本生成的该部件设置有些区别。编辑该部件的属性，若两个Constuct using registers instead of memory blocks
的选项没有选定，那么必须选定。如果不这么修改的话，在后面编译的时候会出现memory block不够用的错误。
2）EPCS设置：修改Module Name为asmi部件的设置参数。这个部件实际上对应板子上的EPCS器件。因为UP3板子上使用的是EPCS1，而mk_target_board默认设置的是EPC4，所以更改asmi设置为EPCS1。
3）FLASH设置：板子上有多少与FPGA相连的flash器件要通过Nios II IDE提供的Flash Programmer 来烧写，那么就要添加多少个对应的flash部件。其中，板子上的EPCS器件不需要添加，因为mk_target_board 执行时，已经把它添加到Nios II系统中了，即module name为asmi的部件。如果板子上flahs部件与Altera 提供的flash部件不同，那么就要自己来设置参数。每个flash芯片都要有一个标号，这个标号就是表1中的编号。这个编号用户可以设置只要不重复即可。
4）More “Board_System” Settings页设置
选择More “Board_System” Settings页，设置硬件映象。可根据需要设置多个硬件映象。在本实例中只设置一个user模式的硬件映象。这里设置user模式下，配置文件存在asmi上，偏移地址为0。这样设置可以Nios II IDE的Flash Programmer将配置文件烧写到asmi上，这样板子一上电EPCS芯片能够配置FPGA。关于硬件映象的设置请参阅ug_nios2_flash_programmer.pdf。
5）以上步骤完成以后在SOPC Builder中生成系统。选择System Generation页，取消simulation的选定，然后点击Generate。
2．3．2．顶层实体的配置
图2，Target Board的QuartusII工程
1）首先选择器件在QuartusII菜单中的Assignments > Device中设置板子上的FPGA的型号。设置为EP1C6Q240C8,这个是我们用的UP3Kit的芯片的值。在作其他硬件的Target Board时候要根据实际FPGA 的芯片型号设置。
2）在.bdf文件中更新CPU模块，以便使我们在2.3.1中对CPU模块的更改生效。
3）在2.2节mk_target_board的参数说明中，我们已经提到对于Target Board的CPU模块的时钟频率必须大于50MHz，但是我们采用UP3Kit提供的48MHz的时钟作输入并且选择了96MHz作为其CPU模块的输入。所以就必须加一个锁相环（PLL）作倍频。
EP1C6Q240的FPGA芯片中有两个PLL，可以通过兆核函数（megafunction）ALT_PLL来调用。关于兆核函数ALT_PLL及其调用请参阅Altera公司文档ug_altpll_reconfig.pdf。其中关键的参数设置是输出采用c0，输出时钟填写为96MHz，相位差为0rad，占空比50％。
4）对于与FLASH和EPCS复用地址线和数据线的其他器件，如SRAM，SDRAM。都要禁用即CS
接高电平，如图2。
2．3．3．完成设计
逻辑综合、配置引脚、编译。这个和普通QuartusII工程流程相同。编译完成后，Target Board就做好。制作Target Board的关键步骤在SOPC Builder里的配置和工程的顶层实体的配置。
3．Target Board使用
3．1．Target Board注册
Board的制作好以后要让系统能够使用它就必须指明搜索路径。
Target
若自己制作了Target Board，那么在SOPC Builder里的Target Board下拉菜单中就会有对应的Target Board可选。如，我们制作的“UP3Board”。
如果没有的话，或者直接现成的Target Board的话，需要添加Target Board的路径。添加方法是在SOPC Builder里，选择File > SOPC Builder Setup，在Componet/Kit Library Search Path里添加。这里添加为“D:\altera\UP3\targetboard”的路径，即我们创建的Target Board工程的路径。这样在SOPC Builder启动的时候，除了到系统目录下搜索Target Board，软件还会到“D:\altera\UP3\targetboard”目录下搜索。3．2． Target Board使用
在成功的注册过Target Board以后我们就可以方便的在SOPC Builder里的Target Board下拉菜单中的指定Target Board。
然后在用户的软件设计，硬件设计完成以后，在NIOS II IDE软件设计环境中，就可以根据自己的设置指定相关的下载参数，调用Flash Programmer 进行软，硬件设计下载，一步到位。而无须先下载硬件设计，再下载软件设计。并且软件是下载到EPCS或者FLASH中，当FPGA重新上电时软件程序自动从EPCS 或者FLASH执行，不会丢失。
4．结论
本文系统的阐述了对UP3Kit的Target Board的制作过程。其中重点对硬件电路信息的获取，mk_target_board函数的调用，QuartusII工程设计进行了分析。同时，对Target Board制作后期的注册和使用步骤进行了说明。使得工程人员可以更加熟悉对Target Board的制作和应用。
参考文献
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[2] 任爱锋 初秀琴 常存 孙肖子 编著 殷勤业 主审，基于FPGA的嵌入式系统设计，西安：西安电子科技大学出版社，2004年10月
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[4]王金明 杨吉滨 编著 张雄伟 审校，数字系统设计与Verilog HDL，北京：电子工业出版社，2002年1月
Research On Target Board Development Based On UP3Kit
Yang Bing，Xia Zhi-zhong，Zhou Guang-Rong
(Information Engineering College , Dalian Maritime University , Dalian Liaoning , 116026 , China)
Abstract
This study does a research on the Target Board development process and some pivotal problems through the development of NIOS II based on UP3Kit. Carry out the Flash Programmer Software，Hardware Design downloading by the Target Board we developed in the NIOS II IDE of Altera successfully.
Keywords: UP3Kit , NIOS II , SOPC Builder, QuartusII project
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收稿日期:2002202212 3选自骆定祚著,翟瞻莱主审的《实用真空技术》 (长沙:湖南科学技术出版社,1980年)第五章。真空杂志社应读者要求,邀请原作者骆定祚先生重新修订,翟瞻莱先生审查后重新发表。作者简介:骆定祚(19362),男,江苏省扬州市人,高工。1960年毕业于南京工学院无线电工程系电真空专业(现名东南大学电子工程 系),分配到774厂工作。曾被派参加筹建775厂,不久又去筹建770厂(曙光电子管厂)并在770厂工作多年后,受聘于香港华盛昌机械企业有限公司,到深圳筹建亨达莱真空公司。曾任深圳金光真空电镀厂厂长、总工,深圳高特真空镀膜公司总工程师,深视达实业有限公司总顾问,中国真空学会真空电子器件应用专业委员会副主任,中国真空学会深圳市真空学会副理事长。 主 审:翟瞻莱(19292),男,广西柳州市人,教授级高工,1953年毕业于北京大学物理系,曾在774厂、772厂、770厂工作,曾 任770厂(曙光电子管厂)副总工程师、总工程师、中国真空学会理事。 油扩散泵的维修 骆定祚 (深圳市深视达实业有限公司,广东 深圳 518001) 摘 要:本文为《实用真空技术》一书的核心章节,作者认真总结了工人师傅的丰富维修经验,理论与实践相结合,对扩散泵的维修技术作了全面、系统、深入细致的论述,对读者有参考价值。关键词:扩散泵;维修 中图分类号:TH 3;TB 752 文献标识码:B 文章编号:100220322(2005)0320059203 M a i n tenance of o il vapour d iffusion vacuu m pu m p LUO D ing 2zuo (T op S olu tions Ind ustria l Co .L td .,S henz hen 518001,Ch ina ) Abstract :In th is article ,w h ich is one of kernel chap ters in the book “P racticalV acuum T echno logy ”and available to readers fo r reference ,summ ing up p ractical experiences of w o rkers and com bining theo ry w ith p ractice ,autho r has m ade m enti on of m aintenance technique of vacuum pump comp rehensively ,system atically and earnestly . Key words :vacuum p um p ;m ain tenance (上接2005年第2期第61页) 2.6.7.2 绘制被试泵进口压强与抽气速率关系特 性曲线图(参图37)。 图37a 是试验用真空系统示意图,在测定前级耐压和油锅压强时,保持泵进口压强在1×1023托,从前级管道经针阀(8)放入适量大气,通过充油的U 形管(7)、 (6)的液面差即得读数。抽速测定方法是:在5×1026托以下压强时用双规压差法;在5×1026托以上用定压法测定;在1×1023托以上压强则直接用热偶规读数。极限真空度的测试方法并不特殊:将泵抽至极限压强读数即得。注意这时应除去针阀。系统排气时应记取排气曲线逐点值画出曲线(图37b ),最后画出抽速与压强关系曲线(图37c )。在使用电离计读数时,冷阱中应加入冷凝剂。这就是用以研究图4所示的泵设计效果的方法,显然,从生产使用的角度看也就足够了。 3 真空系统的鉴定和清洗 真空系统中,损坏了的零部件如果修配完毕,或 者根据生产要求自行改进、设计的真空系统所需之零部件已准备就序,那么下一步应对这些零部件进行鉴定和清洗,只有事先做好了这些准备工作,后面系统安装和调试才会顺利。3.1 真空元件的鉴定 鉴定内容包括对于所使用的真空泵应检查其特性,主要是极限真空度和抽气速率能否满足要求。对一些主要零部件必须进行密封性能的鉴定;对玻璃零件是用机械泵抽空,用火花检漏器检漏;对金属零件通常是打气试漏,即在零件内打入压缩空气,放入水中或肥皂水中仔细观察因漏气所发生的连续气泡。用其他方便的检漏方法均可。真空元件的漏孔往往在焊缝处,需特加注意。密封性能要求高的地方,应用氦质谱检漏仪检漏。近来也有采用更方便直观的荧光检漏法找出漏隙的。3.2 清洁处理 为了使系统内不存在任何一点易于大量放气的物质以及除去蒸气压较高的物质,必须进行彻底的 第42卷第3期2005年5月 真 空 VACUU M Vol .42,No .3 M ay .2005
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定义标题的开始。 拥有关于对齐方式的附加信息。 背景颜色 拥有两个配置背景的标签。背景可以是颜色或者图像虚拟演播室方案
虚拟演播室方案
虚拟演播室是视频技术于计算机技术结合的产物，把计算机图形图像处理技术与传统的色键技术集合起来形成的。是一种新颖的独特的电视节目制作技术。 虚拟演播室技术原理：虚拟演播室技术与色键技术十分相像，他是由前景主持人为主的画面和背景画面，采用色键的方法构成一个整体，产生人物置身于背景中的组合画面。 虚拟演播室工作原理 虚拟演播室装修的总体要求： 建立一个功能完善的虚拟演播室，需要做到如下基本要求: 1、要求演播室的拾音空间首先具有较好的语言清晰度、可懂度，其次是要有良好的声音丰满度， 2、要求演播室内各处要有合适的响度和均匀度，具有相应的满足拾音要求的混响频率特性。 3、抑制影响听、拾音音质的声缺陷，防止出现声聚焦、驻波、颤动回声、低频嗡声等。 4、演播室内墙面的声学装饰考虑在装饰大方美观、造型新颖的基础上对于高中低各频段的声学处理方式，特别是低频段的声学处理方式方法。 演播室的建声指标：混响时间≤0.6S±0.05S；噪声评价曲线NR-30---NR-35。 设计的隔声门隔声量大于35dB并具有好的密封性。 5、演播室声学建声装饰所选用的材料符合国家相应的强制消防要求，要求采用达到B1、B2级标准的材料。 6、演播室声学建声装饰所选用的材料符合国家相应的强制环保要求，特别是要求甲醛的释放量为＜0。1mg/m3。墙面装饰层内禁止使用不安全和危害性较高的吸声材料。 7、装饰踢脚线兼做视音频线槽并做屏蔽处理。 8、演播室配置录制指示灯和紧急逃生指示灯。 9、装饰层内的综合布线按要求做穿管处理。 10、演播室现有的位置南边部分为玻璃幕墙，不利于演播室的隔声，所以要对原幕墙部分进行隔断，制作隔声封闭处理，在保证整体装饰的美观性和隔声性的同时，还应保证演播室正常的通风换气。 11、导控室地面用防静电地板，装修过程中做好设备布线（强电，弱电），做好防雷，接地各类设施的设计施工。 12、装修预留好空调位置，并配合本台做好空调，配电等设备的安装施工。
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