基于NIOS-II的示波器：PART1 按键&显示屏驱动&界面

NIOS II 相关资料以及基础入门

《NiosII的奇幻漂流》

《Nios II那些事儿》

本文所有的硬件基础以及工程参考来自魏坤示波仪，重新实现驱动并重构工程。

基于NIOS II的示波器实现

Version 0.1 按键驱动&显示屏驱动&界面实现

Part 0.1.0 硬件准备

基于NIOS-II的示波器：PART1 按键&显示屏驱动&界面

由于屏幕会挡住烧录口，这里飞线以供调试。

Part 0.1.1 创建Quartus工程

软核部分：利用SOPC Builder建立kernel，软核具体配置如下
- 由于显示芯片利用的ILI9481，这里利用LCD前缀字样PIO口与LCD芯片通信，利用、PWM_LED控制LCD的亮度
- 利用KEY_PORT读取按键的输入
这里待补全各组件参数设置

顶层图

基于NIOS-II的示波器：PART1 按键&显示屏驱动&界面

其中SYS_PLL输出S0 S1均为100MHZ的时钟信号

而pwm_controller则通过计数器控制屏幕的亮度，代码如下

library ieee;

use ieee.std_logic_1164.all;

use ieee.std_logic_unsigned.all;

entity pwm_controller is

port(

    clk:in std_logic;

    pwm_led_in:in std_logic_vector(13 downto 0);

    pwm_led_out:out std_logic

);

end pwm_controller;

architecture pwm_arch of pwm_controller is

signal counter:std_logic_vector(13 downto 0);

begin

process(clk)

begin

    if(clk'event and clk = '1') then

        if(counter >= pwm_led_in) then

            pwm_led_out<= '0';

        else

            pwm_led_out<= '1';

        end if;

        counter <= counter + 1;

    end if;

end process;

end pwm_arch;

Part 0.1.2 软件设计

一些基本工具以及按键、显示器驱动实现

显示器驱动

LCD显示屏初始化

void LCD_init() {

    //************* Reset LCD Driver ****************//

    IOWR_ALTERA_AVALON_PIO_DATA(LCD_RESET_BASE, 1);

    delay_ms(200);

    IOWR_ALTERA_AVALON_PIO_DATA(LCD_RESET_BASE, 0);

    delay_ms(200);

    IOWR_ALTERA_AVALON_PIO_DATA(LCD_RESET_BASE, 1);

    delay_ms(10);

    //************* Start Initial Sequence **********//

    //剩余参数配置见源代码，这里不予展示

}

LCD初始化可以直接利用芯片厂商提供的代码，或者参考芯片资料中的参数配置自行完成。

基于NIOS-II的示波器：PART1 按键&显示屏驱动&界面

LCD显示驱动

查阅ILI9481芯片手册，可以将发送一次指令和内容打包成Index与cmd两个函数。

基于NIOS-II的示波器：PART1 按键&显示屏驱动&界面

这两个函数内容如下：

void LCD_ILI9481_INDEX(unsigned int data) {

    IOWR_ALTERA_AVALON_PIO_DATA(LCD_RS_BASE, 1);

    IOWR_ALTERA_AVALON_PIO_DATA(LCD_WR_BASE, 0);

    IOWR_ALTERA_AVALON_PIO_DATA(LCD_DATA_BASE, data);

    IOWR_ALTERA_AVALON_PIO_DATA(LCD_WR_BASE, 1);

}

void LCD_ILI9481_CMD(unsigned int data) {

    IOWR_ALTERA_AVALON_PIO_DATA(LCD_RS_BASE, 0);

    IOWR_ALTERA_AVALON_PIO_DATA(LCD_WR_BASE, 0);

    IOWR_ALTERA_AVALON_PIO_DATA(LCD_DATA_BASE, data);

    IOWR_ALTERA_AVALON_PIO_DATA(LCD_WR_BASE, 1);

}

发送一个指令的流程为先利用cmd函数发送指令，再用INDEX函数发送指令内容。

再将LCD显示一个像素的图像打包为set_addr和send_data两个步骤，先通过set_addr发送像素地址，再用send_data发送像素颜色信息。

send_addr的时序可以通过查阅芯片手册来得知，其代码如下：

void set_addr(unsigned int x, unsigned int y){

    LCD_ILI9481_CMD(0x002b);

    LCD_ILI9481_INDEX(x >> 8);

    LCD_ILI9481_INDEX(x & 0x00ff);

    LCD_ILI9481_INDEX(0x0001);

    LCD_ILI9481_INDEX(0x00df);

    LCD_ILI9481_CMD(0x002a);

    LCD_ILI9481_INDEX(y >> 8);

    LCD_ILI9481_INDEX(y & 0x00ff);

    LCD_ILI9481_INDEX(0x0001);

    LCD_ILI9481_INDEX(0x003f);

    LCD_ILI9481_CMD(0x002c);

}

同样，可以写出send_data如下：

void send_data(unsigned int data) {

    IOWR_ALTERA_AVALON_PIO_DATA(LCD_RS_BASE, 1);

    IOWR_ALTERA_AVALON_PIO_DATA(LCD_WR_BASE, 0);

    IOWR_ALTERA_AVALON_PIO_DATA(LCD_DATA_BASE, data);

    IOWR_ALTERA_AVALON_PIO_DATA(LCD_WR_BASE, 1);

}

LCD显示工具

ascii码显示工具（中文显示工具原理相同），利用lcd_buffer传参数，字母数据保存在word_libc

  void display_ascii(unsigned int x, unsigned int y, unsigned int w_color,

        unsigned int b_color) {

    unsigned int i, j, k = 0;

    unsigned char str;

    unsigned int OffSet, z;

    while (1) {

        if (lcd_buffer[k] == 0) {

            set_addr(0, 0);

            return;

        }

        z = lcd_buffer[k];

        //每个字符在wordlib中用11

        OffSet = z * 11;

        //显示一个字符 该字符的像素大小为

        for (i = 0; i < 11; i++) {

            //读取字符表示中的一个字符的一行

            str = word_lib[OffSet + i];

            for (j = 0; j < 8; j++) {

                //设置显示像素点的相对左边

                set_addr(x + j, y - i);

                //如果是要显示的话，就显示前景颜色

                if (str & 0x80) {

                    send_data(w_color);

                } else {

                    //如果是不显示的话，显示背景颜色

                    send_data(b_color);

                }

                str <<= 1;

            }

        }

        x += 8;

        k++;

    }

  }

通过如下方式利用该工具

  sprintf((char *)lcd_buffer, "CH1 Freq:");

  display_ascii(8, 55, 0x0000, MENU_FULL_COLOR);

图片显示则利用如上所诉的set_addr与send_data完成，欢迎界面显示函数如下

（图像利用工具转换后放在welcome数组之中）

  void display_Welcome() {

    unsigned int i, j, data;

    unsigned long k = 0;

    //设置初始位置

    set_addr(0, 0);

    //显示欢迎页,先输出一列再输出一行

    for (i = 0; i < 480; i++) {

        for (j = 0; j < 320; j++) {

            data = welcome[k++];

            data = data + (welcome[k++] << 8);

            send_data(data);

        }

    }

  }

其余显示函数原理如上，不再赘述。

中断处理

时钟中断在此版本中暂时用于处理背光，中断的申请与定义可见各NIOS教程，处理函数如下

void timer(void* context) {

IOWR_ALTERA_AVALON_TIMER_STATUS(TIMER_BASE, 0);

IOWR_ALTERA_AVALON_TIMER_CONTROL(TIMER_BASE, 0x0b);

//控制LCD的背光灯

if (LED_PWM_DATA <= 130) {

    LED_PWM_DATA += 1;

    IOWR_ALTERA_AVALON_PIO_DATA(PWM_LED_BASE, LED_PWM_DATA);

}

IOWR_ALTERA_AVALON_TIMER_CONTROL(TIMER_BASE, 0x07);

}

按键中断则是SPI总线来读取按键值

void KeyListener(void* context) {

KEY_IS_DOWN = !KEY_IS_DOWN;

unsigned char i = 0;

for (i = 0; i < 8; i++) {

    send_KEY(((0xfeff << i) >> 8) & 0xff);

    if (IORD_ALTERA_AVALON_PIO_DATA(KEY_PORT_BASE) != 0x03) {

        if (IORD_ALTERA_AVALON_PIO_DATA(KEY_PORT_BASE) == 1) {

            switch (i) {

            case 0:

                KEY_DATA = 8;

                break;

            //...

              //见源代码 省去

            }

        } else if (IORD_ALTERA_AVALON_PIO_DATA(KEY_PORT_BASE) == 2) {

            switch (i) {

            case 0:

                KEY_DATA = 0;

                break;

            //...

              //见源代码 省去

            }

        }

        break;

    }

}

send_KEY(0x00);

if(KEY_IS_DOWN == 0){

    sprintf(lcd_buffer,"keytest");

    display_ascii(417,95,0x0000,0xEF78);

    sprintf(lcd_buffer,"%2d",KEY_DATA);

    display_ascii(417,80,0x0000,0xEF78);

}

IOWR_ALTERA_AVALON_PIO_EDGE_CAP(KEY_PORT_BASE, 0x0000);

}

SPI总线的驱动send_key见下

void send_KEY(unsigned char data) {

unsigned char u;

IOWR_ALTERA_AVALON_PIO_DATA(SPI_LE_K_BASE, 0);

//串行发送j的数据，通过移位发送j的数据

for (u = 0; u < 8; u++) {

    if (data & 0x80) {

        IOWR_ALTERA_AVALON_PIO_DATA(SPI_DATA_BASE, 1);

    } else {

        IOWR_ALTERA_AVALON_PIO_DATA(SPI_DATA_BASE, 0);

    }

    IOWR_ALTERA_AVALON_PIO_DATA(SPI_CLK_BASE, 1);

    IOWR_ALTERA_AVALON_PIO_DATA(SPI_CLK_BASE, 0);

    data <<= 1;

    //左移发送信号

}

IOWR_ALTERA_AVALON_PIO_DATA(SPI_LE_K_BASE, 1);

}

工具类

工具类主要提供了delay如下

void delay_ms(unsigned int i) {

    unsigned int j, k;

    for (j = 0; j < i; j++)

        for (k = 0; k < 1000; k++);

}

void delay_us(unsigned int i) {

    unsigned int j;

    for (j = 0; j < i; j++);

}

按照示波器运行流程的代码描述

主函数



#include <stdio.h>

#include "../inc/init.h"

int main() {

printf("OSC SYSTEM INIT!\n");

SYSTEM_init();     //初始化系统,显示载入界面

printf("SYSTEM INIT FINISHED!\n");

printf("INTERFACE INIT!\n");

INTERFACE_init();  //初始化界面,显示示波器主界面

printf("INTERFACE INIT FINISHED");

while (1) {

    //主循环,处理中断,更新界面

}

return 0;

}

主函数放在..\main\main.c下，主要是用于初始化系统,初始化界面,运行时维护界面。

初始化系统，显示载入画面

void SYSTEM_init() {

LCD_init(); //初始化显示屏

display_Welcome(); //显示欢迎界面

//初始化中断服务

alt_irq_init(ALT_IRQ_BASE);

KEY_init(); //初始化按键中断

TIMER_init(); //初始化按键中断

//初始化AD模块 (未完成)

delay_ms(5000);

}

初始化界面,显示示波器主界面

void INTERFACE_init() {

display_background(); //显示主界面背景

display_area(); //显示波形显示区域

display_menu();

display_rightbox();

display_parabar();

display_toolbar();

}

利用上述显示驱动，将界面显示出来。

Part 0.1.F V0.1版本示意

基于NIOS-II的示波器：PART1 按键&显示屏驱动&界面

视频演示：http://v.youku.com/v_show/id_XMTgxMjg1ODYzNg==.html

遇到问题解决方案

无法烧录，提示system_ID有问题

遇到这个情况是由于BSP改位置或者BSP没有更新，所以在BSP工程下右键NIOS II子菜单下BSP Editor更改BSP位置，最后Generate BSP即可解决。

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中断处理

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