O 引言
    Altera公司的FPGA作為全定制芯片的一個代表正在得到日益廣泛的應(yīng)用,。為了用戶使用方便,，Altera公司推出嵌入式軟核" title="軟核">軟核NiosⅡ" title="NiosⅡ">NiosⅡ可以便利地使用工具生成并放人FPGA芯片中。NiosⅡ軟核可以在用戶的系統(tǒng)中處理一些諸如人機(jī)接口界面,、內(nèi)部時序邏輯控制,、外部設(shè)備初始化等工作。通用異步收發(fā)器(UART),，是嵌入式系統(tǒng)上很常用的一個串行接口,，由于其方便,、簡單、易用等特性,，在嵌入式系統(tǒng)中依然扮演著十分重要的角色,。所以Altera才把UART作為一個連接Nios／NiosⅡ與其相關(guān)外設(shè)的IP放在SoPC Builder里面供用戶使用。Nios一代調(diào)試甚至直接用串口,。
    NiosⅡ處理器是Intel公司為Altera公司推出的一個32位精簡指令處理器軟核,。在Altera公司推出的軟件SoPC中加載NiosⅡ軟核和相應(yīng)的外圍接口以及與定義相應(yīng)的自定義指令，然后對設(shè)計進(jìn)行綜合,，下載到FPGA中就可以方便地實(shí)現(xiàn)一個具有高速DSP功能的嵌入式處理器,。
    NiosⅡ處理器的軟件開發(fā)是建立在ANSI C基礎(chǔ)上的。NiosⅡIDE是NiosⅡ系列嵌入式處理器的主要軟件開發(fā)工具,。用戶可以在NiosⅡIDE中完成所有的軟件開發(fā)任務(wù),，如編輯、編譯,、下載,、調(diào)試和閃存編程。NiosⅡ嵌入式系統(tǒng)的一個重要問題就是軟件代碼量的大小,，這關(guān)系到存放代碼的存儲器件容量大小,，因此控制和減小程序代碼量是降低系統(tǒng)成本的重要方法，必須首先從處理器的啟動順序開始研究,。

1 串口C語言方式編程
    使用該方法要加上下面語句：

    執(zhí)行上面程序可以得到串口輸出結(jié)果,。
    如果不調(diào)用alt_main()函數(shù)，則系統(tǒng)默認(rèn)運(yùn)行步驟如下：
    (1)調(diào)用alt_os_int()函數(shù)來執(zhí)行任何操作系統(tǒng)所特有的初始化,。如果HAL是在操作系統(tǒng)里運(yùn)行的,，那么初始化alt_fd_list_lock命令。它可以控制訪問HAL文件系統(tǒng),，初始化中斷控制器并執(zhí)行中斷,。
    (2)調(diào)用alt_sys_init()函數(shù)，以初始化系統(tǒng)里所有的驅(qū)動裝置和軟件組成部分,。
    (3)重新設(shè)置C標(biāo)準(zhǔn)I／O通道(stdin,，stdout，stderr),，以使用合適的器件,。
    (4)調(diào)用main()。
    (5)調(diào)用exit(),。main()的返回代碼作為exit()的輸入,。
    該方式使用串口比較簡單，但是占用的存儲資源比較大，編譯時間也較長,。

2 串口直接讀寫寄存器" title="寄存器">寄存器方式編程
2．1 串口初始化
    NiosⅡ的串口編程有多種方式,，比較多的是采用標(biāo)準(zhǔn)C語言寫法，占用程序空間比較大,。NiosⅡ處理器的啟動可采用2種方式：自動初始化和用戶自定義初始化,。ANSI C標(biāo)準(zhǔn)定義應(yīng)用程序可以通過調(diào)用main()來開始執(zhí)行。在調(diào)用main()之前,，應(yīng)用程序假定運(yùn)行環(huán)境和所有的服務(wù)系統(tǒng)都被初始化并準(zhǔn)備運(yùn)行,。初始化可以被硬件抽象層(HAL)系統(tǒng)庫自動執(zhí)行。程序員不需要考慮系統(tǒng)的輸出設(shè)備以及如何初始化每一個外設(shè),，HAL會自動初始化整個系統(tǒng),。
    另外，ANSI C標(biāo)準(zhǔn)也提供了一個可變的入口點(diǎn)程序,，以避免自動初始化。ANSI C標(biāo)準(zhǔn)還定義程序員能手動初始化任何所用的硬件,。alt_ main()函數(shù)提供了一個獨(dú)立式的編程環(huán)境,，能夠完全控制系統(tǒng)的初始化。獨(dú)立式編程環(huán)境可以使程序員手動編寫初始化系統(tǒng)的代碼,。
    HAL提供的系統(tǒng)初始化代碼按以下啟動順序運(yùn)行：
    (1)啟動指令和數(shù)據(jù)高速緩沖存儲器,；
    (2)配置堆棧；
    (3)配置全局指針,；
    (4)通過鏈接器提供的_bss_start和_bss_end來零初始化BSS層,，_bss_start和_bss_end是開始和結(jié)束BSS的命令；
    (5)如果當(dāng)前系統(tǒng)沒有啟動下載器,，就復(fù)制.rwdata,，．rodata或者剩下的部分到RAM；
    (6)調(diào)用alt_main(),。
    在NiosⅡIDE工程中,，只需簡單定義alt_main()就可以實(shí)現(xiàn)用戶的啟動順序，而且能夠選擇HAL的服務(wù)程序,。如果應(yīng)用程序需要一個alt_ main()入口點(diǎn)程序,，可以復(fù)制默認(rèn)的執(zhí)行作為開始點(diǎn)，根據(jù)要求來定制它,。

    使用獨(dú)立式編程環(huán)境會增加NiosⅡ程序編寫的復(fù)雜性,。獨(dú)立式編程環(huán)境的主要作用在于減小代碼量，但要使用這種方法,，需要對NiosⅡ處理器的外設(shè)和驅(qū)動編寫都非常熟悉才行,。在NiosⅡIDE中也可以通過某些選項來減小HAL系統(tǒng)庫容量，從而達(dá)到減小代碼量的目的，比使用獨(dú)立式編程環(huán)境容易得多,。
    串口部分程序初始化代碼如下：
    //串口中斷初始化  

2．2 串口收發(fā)通信程序
    串口的收發(fā)可采用查詢和中斷方式,，中斷方式要更好一些。
    查詢方式發(fā)送子程序代碼如下：


    查詢方式接收子程序代碼如下：

    因為串口的中斷號是惟一的,，所以中斷方式接收發(fā)送只能在一個中斷函數(shù)內(nèi),。中斷方式接收發(fā)送子程序代碼如下：

    該中斷處理程序可進(jìn)行中斷方式接收發(fā)送，如果程序需要進(jìn)行精確的接收發(fā)送,，還需加上中斷程序和主程序的相互控制變量,。
2．3 串口通信調(diào)試
    在Nios中調(diào)試“Hello world!”范例的時候往往會出現(xiàn)這樣的錯誤：nios2-terminal：can't open uart：Permission denied。這是因為在調(diào)試程序時,，打開了另外的串口調(diào)試工具,，或者可以說是串口偵聽器。但實(shí)際上NIOS IDE中已經(jīng)集成了串口調(diào)試工具,，或者串口偵聽器,。在任務(wù)管理器中nios2-terminal．exe就是這個偵聽串口的進(jìn)程。
    所以,，如果用NIOS IDE來觀察發(fā)送的數(shù)據(jù),，就不要用其他的串口調(diào)試工具，如果在編譯之前就打開了其他的串口偵聽器,，編譯鏈接的時候就會出現(xiàn)上述的錯誤,。而在程序編譯鏈接后再去打開其他的串口偵聽器，串口就會因為nios2-terminal．exe占用而無法打開,。解決的方法,，如果想用NIOS IDE觀察的話就不要事先打開其他的串口調(diào)試工具。而如果想用其他的串口調(diào)試工具來觀察數(shù)據(jù),，通過USB_BLASTER將數(shù)據(jù)下載到板子后,，刪除任務(wù)管理器中的nios2_terminal．exe，然后打開串口調(diào)試工具,。如果程序沒有問題,，運(yùn)行后就可以看到數(shù)據(jù)。

3 結(jié)果與討論
    為證明以上程序的可運(yùn)用性,，特別制作了電路來驗證,，芯片使用EP3C40，PC端使用串口調(diào)試助手,，波特率為19 200 b／s,，8位數(shù)據(jù)位，1位停止位,，無校驗位,。實(shí)驗結(jié)果如圖2所示。

    經(jīng)實(shí)驗證明，該方法簡單可靠,，可以生成比較小的代碼,。

4 結(jié)語
    本文討論了嵌入式軟核NiosⅡ中串口模塊的編程方法，給出了串口模塊編程的示例代碼,，經(jīng)實(shí)際運(yùn)用,，效果良好，具有一定的參考意義,。