【连载】【FPGA黑金开发板】NIOS II那些事儿--NIOS II下关于无法进行寄存器方式操作PIO的问题解析（十四）

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      最近得到大家的反馈，说用寄存器直接映射的方法不好用，点亮一个LED都不行。今天调试我的改版核心版，竟然也遇到了这样的情况。于是研究了一下，发现了问题的根源。在此给大家解释一下。

      我的改版核心板用的是EP2C8，资源比我以前的EP2C5要多一些。所以，我今天我用了NIOS II/f，这个软核资源占用的最多的，但速度也是最快的，如下图所示

      这步没有任何问题，关键是下一步，下图的红圈处，在NIOS II/f中，DATA CACHE（数据高速缓存）被打开了，在其他两种CPU中这个地方时灰的不能用的，就是说只有NIOS II/f数据高级缓存才打开的。看来就是数据高速缓存惹的祸。

那Data Cache到底是什么呢，芯片手册上是这样介绍的，（引自《n2cpu_nii5v1.pdf》的2-12页）

       Cache memory resides on-chip as an integral part of the Nios II processor core. The cache memories can improve the average memory access time for Nios II processor systems that use slow off-chip memory such as SDRAM for program and data storage.

      简单的说，Data Cache是像电脑的一级缓存二级缓存一样的东东，就是为了提高系统速度的。可是有个这个高速缓冲区后，我们的代码执行时间却变得不可确定了，降低了程序的实时性。我们发出的数据，放到了高速缓冲区里而没有及时的去执行才导致代码不执行，没有显示效果。想要了解Cache memory相关内容的可以参考http://www.altera.com/literature/hb/nios2/n2sw_nii52007.pdf

      既然知道原因了，那我们该如何解决呢。方法有两个：

      第一种就是在建立NIOS II/f的时候，将Data Cache设置为0，就是说关闭Data Cache。如下图所示，这样就不存在Dache Cache了，这个办法彻底吧，这就叫斩草除根，呵呵！

 

      第二种是在开启了Data Cache前提下，通过软件来解决。http://www.altera.com/literature/hb/nios2/n2sw_nii52007.pdf这里面有所介绍，就是通过31-bit Cache bypass。什么意思呢，很简单，NIOS II将寄存器的第31位作为了Cache 开启与否的控制位，如果此位为1，则Cache关闭不启用，否则就开启。一般情况我们是不会注意到这个的，所以才会出现无法控制LED的情况。我们把最简单的程序修改一下，如下所示

#include <unistd.h>
#include "system.h"


#define LED  *(volatile unsigned long *)(LED_BASE | (1 << 31) //这个地方要注意了，多了（1<<31）,这就是bypass Cache，关闭Cache

int main(void)
{
	while(1){
		LED = 1;
		usleep(100000);
		LED = 0;
		usleep(100000);
	}

	return 0;
}

 

      两种方法都讲完了，我更推荐第一种，斩草除根式。大家要注意，只有使用NIOS II/f这种类型的CPU才会出现这种问题。

      新的核心板测好以后，顺便测了下IO速度，给大家看看吧，测下来IO频率不到11MHz,呵呵

CPU：NIOS II/f

时钟：120MHz

示波器：Agilent mso6032a 300MHz 2GSa/s