• 【转载】[笔记].浅析在Nios II中的两种寄存器映射方法的异同.[C][Nios II]

    转自http://www.cnblogs.com/yuphone/archive/2010/04/22/1717779.html

     

     

    此处以我所写的MAX7219为范例，从HDL接口描述到C语言软件编程，分析两种表面不一样、但实质是一样的寄存器映射方法，找出其中联系与区别。

    方法1 使用Altera提供的API

    1. 使用HDL描述Avalon-MM接口
    代码1 Amy_S_max7219_avalon_interface.v
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    07  *     文件名称：Amy_S_max7219_avalon_interface.v
    08  *     最后修改日期：3.20, 2010
    09  *     描述：Max7219的Avalon接口描述文件
    10  *------------------
    11  *     创建者：张亚峰
    12  *     创建日期：3.20, 2009
    13  *     版本：1.0
    14  *     描述：原始版本
    15  *------------------
    16  *     修改者：
    17  *     修改日期：
    18  *     版本：
    19  *     描述：
    20  *-------------------
    21  */
    22   
    23 module Amy_S_max7219_avalon_interface(
    24   // Clcok Input
    25   input         csi_clk,
    26   input         csi_reset_n,
    27   // Avalon-MM Slave
    28   input         avs_chipselect,
    29   input [1:0]   avs_address,
    30   input         avs_write,
    31   input [31:0]  avs_writedata,
    32   // Conduit End 
    33   output reg    coe_din,
    34   output reg    coe_cs, 
    35   output reg    coe_clk
    36 );
    37   
    38 // write
    39 always@(posedge csi_clk, negedge csi_reset_n)
    40 begin
    41   if (!csi_reset_n)
    42   begin 
    43     coe_din <= 1'b0;
    44     coe_cs  <= 1'b0;
    45     coe_clk <= 1'b0;    
    46   end
    47   else if (avs_chipselect & avs_write)
    48   begin
    49     case (avs_address)
    50       0: coe_din <= avs_writedata[0];
    51       1: coe_cs  <= avs_writedata[0];
    52       2: coe_clk <= avs_writedata[0];
    53     endcase
    54   end
    55 end
    56   
    57 endmodule

    <

    ;p>在这里，使用了3个寄存器，并通过avs_address来寻址。从50~52行，可以看出，这三个寄存器的偏移地址（Offset）分别是0、1和2。

    2. 使用C语言编写寄存器映射文件
    代码2 Amy_S_max7219.h 片段
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    print?
    01 //++++++++++++++++++++++++++++++++++++++
    02 // 寄存器映射 开始
    03 // 根据HDL编写
    04 //++++++++++++++++++++++++++++++++++++++
    05 #include <IO.H>
    06   
    07 #define IOWR_MAX7219_DIN(base, data)   IOWR(base, 0, data)
    08 #define IOWR_MAX7219_CS(base, data)    IOWR(base, 1, data)
    09 #define IOWR_MAX7219_CLK(base, data)   IOWR(base, 2, data)
    10 //--------------------------------------
    11 // 寄存器映射 结束
    12 //--------------------------------------

    注意：结尾那个</io.h>是发博客发出来的，不属于代码。

    由于是使用ALtera的API——IOWR()，因此第5行，就得加上#include <io.h>。IOWR(base, offset, data)的3个输入参数，分别是IP的基地址，所使用寄存器的偏移地址，欲给所使用寄存器赋的值。寄存器的存储映射所使用的偏移地址，是有HDL中avs_address决定的。（avs avalon slave 阿窝龙从设备）

    代码3 Amy_S_max7219.h 片段

    代码描述：使用上面的已经映射好的函数

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    print?
    01 //++++++++++++++++++++++++++++++++++++++
    02 // 基地址 开始
    03 // 根据SOPC Builder设置编写
    04 //++++++++++++++++++++++++++++++++++++++
    05 #include "system.h"
    06   
    07 #define max7219_addr MAX7219_BASE
    08 //--------------------------------------
    09 // 基地址 结束
    10 //--------------------------------------
    11   
    12   
    13 //++++++++++++++++++++++++++++++++++++++
    14 // 寄存器映射 开始
    15 // 根据HDL编写
    16 //++++++++++++++++++++++++++++++++++++++
    17 #include <IO.H>
    18   
    19 #define IOWR_MAX7219_DIN(base, data)   IOWR(base, 0, data)
    20 #define IOWR_MAX7219_CS(base, data)    IOWR(base, 1, data)
    21 #define IOWR_MAX7219_CLK(base, data)   IOWR(base, 2, data)
    22 //--------------------------------------
    23 // 寄存器映射 结束
    24 //--------------------------------------
    25   
    26   
    27 //++++++++++++++++++++++++++++++++++++++
    28 // 管脚操作 开始
    29 //++++++++++++++++++++++++++++++++++++++
    30 #define SET_DIN IOWR_MAX7219_DIN(max7219_addr, 1)
    31 #define CLR_DIN IOWR_MAX7219_DIN(max7219_addr, 0)
    32 #define SET_CS  IOWR_MAX7219_CS(max7219_addr, 1)
    33 #define CLR_CS  IOWR_MAX7219_CS(max7219_addr, 0)
    34 #define SET_CLK IOWR_MAX7219_CLK(max7219_addr, 1)
    35 #define CLR_CLK IOWR_MAX7219_CLK(max7219_addr, 0)
    36 //--------------------------------------
    37 // 管脚操作 结束
    38 //--------------------------------------

    注意：结尾那个</io.h>是发博客发出来的，不属于代码

    代码4 Amy_S_max7219.c代码片段

    代码描述：使用Altera API的具体操作

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    print?
    01 #include "Amy_S_max7219.h"
    02   
    03 /*
    04  * 发送一个字节的子程序：
    05  * 上升沿发送数据，
    06  * MSB first
    07  */
    08 void Max7219_WriteByte(alt_u8 byte)
    09 {
    10   alt_u8 i;
    11   for (i=0; i<8; i++)
    12   {
    13     CLR_CLK;
    14     if(byte & 0x80)
    15       SET_DIN;
    16     else
    17       CLR_DIN;
    18     byte <<= 1;
    19     SET_CLK;
    20   }
    21 }

    至此，使用Altera的API来描述寄存器存储映射的方法，告一段落。

    方法2 使用位域或结构体

    其实这种方法，Altera的API的源代码有时也会用到。但是有一个地方需要注意，后面会提到。

    1. 使用HDL描述Avalon-MM接口

    如上。

    2. 使用C语言编写寄存器映射文件
    代码4 Amy_S_max7219.h 片段
    view source
     
    print?
    01 //++++++++++++++++++++++++++++++++++++++
    02 // 寄存器映射 开始
    03 // 根据HDL编写
    04 //++++++++++++++++++++++++++++++++++++++
    05 #include "system.h"
    06 #include "alt_types.h"
    07   
    08 typedef struct
    09 {
    10   alt_u32 DIN : 32;
    11   alt_u32 CS  : 32;
    12   alt_u32 CLK : 32;
    13 }MAX7219_T;
    14   
    15 #define m7219 ((MAX7219_T *)(MAX7219_BASE))
    16 //--------------------------------------
    17 // 寄存器映射 结束
    18 //--------------------------------------

    因为Nios II是32位的处理 器，所以之前定义了3个寄存器，都是32位的。此处为了表达这种关系，我们使用了位域。将这个位域（或结构体）重定义为一个类型，然后定义一个该类型的指针变量，起始地址是所需的基地址。这样做，就可以很好地为从基地址开始的连续的3x32位数据寻址（此处为3个寄存器，故数据总长3x32)。

    代码5 Amy_S_max7219.c代码片段

    代码描述：使用结构体指针寻址示例

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    print?
    01 /*
    02  * 发送一个字节的子程序：
    03  * 上升沿发送数据，
    04  * MSB first
    05  */
    06 void Max7219_WriteByte(alt_u8 byte)
    07 {
    08   alt_u8 i;
    09   for (i=0; i<8; i++)
    10   {
    11     m7219->CLK = 0;
    12     if(byte & 0x80)
    13       m7219->DIN = 1;
    14     else
    15       m7219->DIN = 0;
    16     byte <<= 1;
    17     m7219->CLK = 1;
    18   }
    19 }

    哈哈，是不是可以直接赋值了，更加像单片机了吧。其实Nios II就是单片机，32位的单片机。

    做到这里，有些实验者在开发板上演练时，确实成功了；然而有些没有成功？这是为什么呢？我们先看参考资料1。

    代码6 两种寄存器存储映射所对应的汇编
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    print?
    01 IOWR=32DIRECT(GPIO_LED_BASE, 0, 1); 
    02 0x04000234 <MAIN +36>: movhi r3,2048 
    03 0x04000238 <MAIN +40>: addi r3,r3,6144 
    04 0x0400023c <MAIN +44>: movi r2,1 
    05 0x04000240 <MAIN +48>: stwio r2,0(r3)
    06   
    07 LED = 1; 
    08 0x04000224 <MAIN +20>: movhi r3,2048 
    09 0x04000228 <MAIN +24>: addi r3,r3,6144 
    10 0x0400022c <MAIN +28>: movi r2,1 
    11 0x04000230 <MAIN +32>: stw r2,0(r3)

    看到没有，两种寄存器存储映射所对应的汇编不一样。看关键字，一个是stwio，一个是stw。接下来打开手册，Table 3-36。

    表1 宽数据传输指令

    表1 宽数据传输指令

    手册上清楚地写到，I/O外设的数据传输应该使用ldwio和stwio；这两条指令在传输时，是没有cache和buffer的。那怎样让结构体指针的寄存器映射方式也能使用ldwio和stwio呢。接着看手册，在98页，Cache Memory小节，写到image 。那还有其他方法来实现cache bypass吗？第38页写到：

    图1 cache bypass的方法

    图1 Cache Bypass Method

    图2 The Bit-31 Cache Bypass Method

    图2 The Bit-31 Cache Bypass Method

    好的，看代码。

    代码7 system.h片段
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    print?
    1 #define ALT_MODULE_CLASS_max7219 Amy_S_max7219
    2 #define MAX7219_BASE 0x1002020
    3 #define MAX7219_IRQ -1
    4 #define MAX7219_IRQ_INTERRUPT_CONTROLLER_ID -1
    5 #define MAX7219_NAME "/dev/max7219"
    6 #define MAX7219_SPAN 16
    7 #define MAX7219_TYPE "Amy_S_max7219"

    MAX7219_BASE=0x1002020，第31位是0；因此我们用结构体指针来寄存器存储映射时，传输的数据因数据缓存而出错。那我们就把这个Cache给Bypass（旁路）了。怎么办？把地址总线的第31位置一。

    代码8 修改后的Amy_S_max7219.h片段
    view source
     
    print?
    01 //++++++++++++++++++++++++++++++++++++++
    02 // 寄存器映射 开始
    03 // 根据HDL编写
    04 //++++++++++++++++++++++++++++++++++++++
    05 #include "system.h"
    06 #include "alt_types.h"
    07   
    08 typedef struct
    09 {
    10   alt_u32 DIN : 32;
    11   alt_u32 CS  : 32;
    12   alt_u32 CLK : 32;
    13 }MAX7219_T;
    14   
    15 #define m7219 ((MAX7219_T *)(MAX7219_BASE | 1<<31))
    16 //--------------------------------------
    17 // 寄存器映射 结束
    18 //--------------------------------------

    在这里，我们直接通过或(1<<31)的方式，把第31位给置一了；这样从该基地址传输的数据就把数据缓存给旁路了；因为是I/O外设传输嘛。

    好了，至此大功告成。我们可以自由切换喜欢的寄存器映射方式。

    3. 一点其他内容

    有时候我们所使用的寄存器并不一定都是32位的，这时要使用嵌套结构体来凑足32位，以防止寄存器寻址错误。

    代码9 嵌套结构体示例
    view source
     
    print?
    01 typedef struct{
    02   struct{
    03     alt_u8  DIN : 8;
    04     alt_u32 NC  : 24;
    05   }offset_0;  
    06   struct{
    07     alt_u8  CS  : 1;
    08     alt_u32 NC  : 31;
    09   }offset_1;  
    10   struct{
    11     alt_u8  CLK : 1;
    12     alt_u32 NC  : 31;
    13   }offset_2;
    14 }MAX7219_T;

    关于嵌套结构体，此处不解析，请读者自行分析。

    对比

    两种方法都不错，大家爱用什么就用什么。

    参考

    1. http://www.edaboard.com/ftopic354136.html

    2. Altera.Nios II Processor Reference Handbook

    http://www.altera.com/literature/hb/nios2/n2cpu_nii5v1.pdf
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    error C2110: cannot add two pointers
    Array 越界不报错的问题
    char* + int or char or ...
  • 原文地址：https://www.cnblogs.com/nios_ii/p/1735736.html
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