【二】软核学习

数据类型

Nios II的设备驱动：支持下面的设备

异常处理过程

当中断产生后硬件怎么动作的（内部中断的，外部寄存器通过影子寄存器的切换来保护现场）

• 把status寄存器内容复制到estatus寄存器中，保存当前处理器状态；

• 清除status寄存器的PIE位为0，禁止所有的硬件中断；

• 把异常返回地址写入ea寄存器（r29）；

• 跳转到异常处理地址。如果是内部中断，则跳转向异常地址；如果是外部中断则跳转向设备特定的中断地址。

  中断的相关函数

int alt_ic_isr_register(alt_u32 ic_id,alt_u32 irq,alt_ist_func isr,void *isr_context,void *flags);//注册中断服务程序（现在版本的）
int alt_ic_irq_enable(alt_u32 ic_id,alt_u32 irq);//使能单个中断
int alt_ic_irq_disable(alt_u32 ic_id,alt_u32 irq);//禁止单个中断
alt_irq_disable_all(void);//禁止所有中断
alt_irq_enable_all(alt_irq_context context)//使能所有中断
alt_irq_cpu_enable_interrupts();//允许嵌套
alt_u32 alt_ic__irq_enabled(alt_u32 ic_id , alt_u32 irq);//检测中断的状态
alt_irq_enable(void)//检测中断的状态
alt_irq_pending() //返回当前挂起的中断
//老版本的，现在也可以使用，可以在alt_legacy_irq.h中查看
    
int alt_irq_register(alt_u32 id,void* context,alt_isr_func handler);//注册中断服务成簇
alt_irq_enable(alt_u32 id)//使能单个中断

alt_irq_disable(alt_u32 id)//禁止单个中断
alt_irq_interruptible(alt_u32 priorty)//允许嵌套，允许中断子程序中调用优先级高的中断来打破优先级低的中断
alt_irq_non_interruptible(alt_u32 mask)//禁止嵌套
    
    

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使用HAL API函数编写中断服务程序分两步：

• 参照void isr_name(void *context,alt_u32 id) 函数原型编写ISR(中断服务程序)。isr_name为用户给ISR取得函数名；void *context是指向传递给ISR的信息（通常是寄存器信息）的全局变量的指针；id是硬件中断号，在system.h中声明，比如KEY_IRQ 2;
• 注册中断服务程序，即调用函数（这里以程序中的代码为例子）alt_irq_register(alt_u32 id,void * context,alt_isr_func handler),以向HAL层传递中断服务程序的信息。id是硬件中断号；void *context是指向传递给ISR的信息（通常是寄存器信息）的全局变量的指针；void ( *isr)(vodi *,alt_u32)是指向ISR的函数指针。alt_irq_register()会调用alt_irq_enable()来使能注册的中断。

注意事项：

• 尽量保持中断服务程序精简（精简就是快速和可靠）；

• 把无关紧要的事情放在中断服务程序之外处理；

• 尽量避免调用C库函数（如print（），因为可能引起阻塞且运行的时间无法预知）；

• 尽力避免进行浮点操作。

  调试中断服务程序的经验

  • 在中断服务程序内设置断点。当中断发生后，处理器会在断点处停下，用户可以单步调试中断服务程序，需要注意的是，在单步调试的过程中，硬件会被忽略其他中断。
  • 使用sprintf()函数把关键数据写到内存中，然后触发外部分析程序，在中断服务程序中，不可以调用print（）函数，但是可以调用sprintf()。

函数升级：

根据英文介绍说，大部分情况下新旧函数都可以使用，但是有一种情况只能使用新的版本，那就是使用外部中断控制器的时候

否则会报错：undefined reference to alt_irq_register

alt_irq_register(PIO_KEY_IRQ,NULL,KeyDown_interrupts)中PIO_KEY_IRO代表中断号，NULL上下文，可以给中断子程序KeyDown_interrupts传入中断的信息（一般默认null）。新的版本int alt_ic_isr_register(alt_u32 ic_id,alt_u32 irq,alt_ist_func isr,void *isr_context,void *flags);//注册中断服务程序（现在版本的），其中ic_id为菊花链中的ic，即外部中断的ID号可以在system.h文件中查看，后面的三个参数和旧的一样的意思，最后一个标志位 *flags一般默认为null，即int alt_ic_isr_register(外部中断号,硬件中断号,中断子程序,上下文,标志位)

Nios II用户程序上电自启动

什么是Bootloader?

即代码的搬运，程序的运行需要从flash中搬运代码到片上的rom或者ram中，这就需要到Bootloader。如果存在，那么Bootloader就是系统加电启动后运行的第一段代码。

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-oHYTFpay-1667782851737)(https://gitee.com/xzs520xzs/figure_of_typora/raw/master/202211070549870.png)]

注释1：调用alt_load_section函数加载.rwdata,.exception,.rodata节点；调用alt_deche_flush_all函数和alt_icache_flush_all函数同步缓存

注释2：调用alt_irq_init函数初始化中断；调用alt_sys_init函数初始化添加的IP核

.bss(未初始化变量数据段)：未初始化变量，比如全局变量定义之后，但未初始化的都放在这里；
.entry(异常处理地址)：最终软件代码存储区，程序从此处开始启动
.exceptions(异常处理地址)：系统异常处理代码存放的地方
.heap(堆)：动态分配内存的存储区，从小地址向大地址方向增长；
.rodata（只读数据段）：用于存放程序中的静态全局变量，所有赋了初值的全局变量都放在这里；
.rwdata(可读写数据段)：用于存放程序中可读写变量和指针变量；
.stack（栈）：函数调用变量与临时数据存储区（如返回地址，现场信息），从大地址方向增长；
.text(正文段，只读)：代码执行区，也就是Nios II程序最终运行的地方；一个程序只有一个副本；只读，防止程序由于意外事故而修改自身指令
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[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-slydL06A-1667782851738)(https://gitee.com/xzs520xzs/figure_of_typora/raw/master/202211070530666.png)]

Qsys丰富多彩的内置IP核

并行输入/输出（PIO）

PIO寄存器描述

每一个Avalon接口的PIO内核可提供32个I/O内核可提供32个I/O端口且端口数量可以设置

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-K0mC4ukd-1667782851739)(https://gitee.com/xzs520xzs/figure_of_typora/raw/master/202211070831515.png)]

中断操作

• 电平触发：只要高电平出现并且中断使能，就申请一个中断
• 边缘触发：只要捕获到边沿事件并且中断使能时，就申请一个中断。

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-xvJJ6AEV-1667782851739)(https://gitee.com/xzs520xzs/figure_of_typora/raw/master/202211070621306.png)]

PIO内核配置选项

--晓凡 2022年11月7日于桂林书
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