(原創)SOPC系統自訂外設之：軟體設計

      完成自訂外設的硬體設計後，就需要編寫軟體來測試外設的設計是否正確了。

在這之前首先要弄清楚Nios II中的地址對齊，對Avalon slave來說，有兩種地址對齊：動態地址對齊和靜態地址對齊。

動態地址對齊：動態地址對齊可以自動適應和Avalon master連接埠寬度不同的器件，而同時保持地址增長的方式是以位元組為單位增長的方式。匹配不同連接埠寬度的master和slave時使用動態地址對齊可以得到一個連續的存貯器空間。但動態地址對齊在讀操作的時候有附作用。當一個32位Nios II core讀一個8位寬的slave時，物理會產生4次8位的讀操作，而讀一個16位寬的slave時，則要產生2次的讀操作。大部分寄存器類型的外設不能容忍這種附作用，所以動態地址對齊一般不適合用於寄存器外設，主要用於存貯器。如果外部存貯器的寬度大於8位時，比如16位或32位，則必然有位元組使能訊號，以便進行位元組粒度的寫操作。所以在為這些存貯器做介面的時候，如果採用動態地址對齊的方式，則一定要串連位元組使能訊號。

靜態地址對齊：靜態地址對齊的地址增長單位是Avalon master的連接埠寬度，每次讀寫都只對應一次操作沒有什麼附作用。但在匹配不同連接埠寬度的master和slave時，地址不能自動調整，某些地址沒有相應的物理實體和它對應。當一個32位的Nios II core讀一個8位寬的slave時，其獲得的32位元據低8位從slave擷取，而高24位則沒有定義。同樣，當它讀16寬的slave時，其獲得的32位元據低16位從slave擷取，而高16位則沒有定義。當Nios II core想繼續讀下一個8位（或16位）時，則需要增長位元組地址4。除非你一定需要一個連續的地址空間，否則使用靜態地址對齊是比較保險的方式。

在剛調試期間遇到這樣一個問題：用IOWR(KEYBOARD_BASE,2,0);清楚irq中斷訊號，在用SignalTap II邏輯分析儀始終抓不到write訊號，一直保持低電平，後來用IOWR(KEYBOARD_BASE,0,0)就能抓到write訊號了。我想一定是地址對齊的問題，然後開啟SOPC Builder，準備地址對齊對齊，可是始終沒有看到那一項，以前6.0版本是有這個選項的。折騰了我一天，後來只好硬著頭皮看Altera官方文檔，終於找到答案了。

 

於是決定找到源檔案，改代碼，在產生的key_hw.tcl中

#set_interface_property avalon_slave addressAlignment DYNAMIC

set_interface_property avalon_slave addressAlignment NATIVE

   注釋掉DYNAMIC，改成NATIVE。

   重新編譯，問題就不服存在了，用SignalTap II成功到捕捉write訊號

 

測試來源程式如下：

 1 #include "system.h"
 2 #include <stdio.h>
 3 #include <io.h>
 4 #include "alt_types.h"
 5 #include "sys/alt_irq.h"
 6 static void key_isr(void* context, alt_u32 id);
 7 volatile int irq_capture;
 8 int main (void) __attribute__ ((weak, alias ("alt_main")));
 9 int alt_main (void) 
10 { 
11   alt_irq_init(ALT_IRQ_BASE); //使能中斷
12   alt_irq_register(KEYBOARD_IRQ,NULL , key_isr);//註冊中斷服務程式
13   while (1);
14   return 0; 
15 }
16  static void key_isr(void* context, alt_u32 id)
17   {
18      irq_capture = IORD(KEYBOARD_BASE,1);
19      IOWR(KEYBOARD_BASE,2,0); 
20      printf("key_value:%d\n",irq_capture);    
21  }
22 

 

為了能弄清楚中斷的工作流程，決定進行單步調試。但必須Crowdsourced Security Testing道中斷時如何控制和執行的。

中斷由三個寄存器控制：state，ienable,ipending。

state:最後一位PIE，中斷開關，1：中斷使能。0：禁止外部中斷

ipending:32位，第n位為1則表示正在處理第n個中斷。

ienable:32位，每1位對應1個外部中斷源的使能位，若第n位為1，則使能對應的中斷，為0則禁止對應的中斷。

注意，ienable變成了0x4，聯想到上一篇（原創）SOPC系統自訂外設之：硬體設計，中斷號為2，表示鍵盤中斷已經使能。

還有一個就是終端向量表alt_irq,一共有32個，每一個對應一個中斷優先順序，如果中斷註冊成功，就會向中斷向量表裡面寫入ISR和context

 

如，alt_irq[2]的handler指向key_isr()中斷服務程式，中斷註冊成功!

Context為全0，因為程式在註冊中斷服務程式時設定的context參數為NULL。

alt_irq_active是一個32位的全域變數，當某個中斷被使能後，對應位就為1。

開始硬體上運行程式，讓程式執行key_isr()中斷服務程式。在按鍵時，輸出如下：

 

中斷服務程式成功執行！！

經過這次自訂外設軟硬體的調試，實在是讓人感歎SOPC的靈活性！