[原创].怎样定制SRAM的Avalon接口IP，以供Nios II使用
测试环境
硬件：艾米电子EP2C8核心板
软件：Quartus II 10.0 + Nios II 10.0 Software Build Tools for Eclipse
内容
1 定制SRAM的Avalon接口IP
关于SRAM的特性，请参考相关手册，此处不赘述。
1.1 使用HDL描述接口
代码1.1 Amy_S_sram.v
module Amy_S_sram
#(
parameter DATA_LEN = 16,
parameter ADDR_LEN = 18
)
(
input csi_clk,
input csi_reset_n,
//
input [(ADDR_LEN-1) :0] avs_address,
input [(DATA_LEN/8-1):0] avs_byteenable_n,
input avs_write_n,
input [(DATA_LEN-1) :0] avs_writedata,
input avs_read_n,
output [(DATA_LEN-1) :0] avs_readdata,
//
inout [(DATA_LEN-1) :0] coe_SRAM_DQ, // SRAM Data bus 16 Bits
output [(ADDR_LEN-1) :0] coe_SRAM_ADDR, // SRAM Address bus 18 Bits
output coe_SRAM_LB_N, // SRAM Low-byte Data Mask
output coe_SRAM_UB_N, // SRAM High-byte Data Mask
output coe_SRAM_CE_N, // SRAM Chip chipselect
output coe_SRAM_OE_N, // SRAM Output chipselect
output coe_SRAM_WE_N // SRAM Write chipselect
);
assign coe_SRAM_DQ = coe_SRAM_WE_N ? 'hz : avs_writedata;
assign avs_readdata = coe_SRAM_DQ;
assign coe_SRAM_ADDR = avs_address;
assign coe_SRAM_WE_N = avs_write_n;
assign coe_SRAM_OE_N = avs_read_n;
assign coe_SRAM_CE_N = avs_read_n & avs_write_n;
assign {coe_SRAM_UB_N, coe_SRAM_LB_N} = avs_byteenable_n;
endmodule
第2~5行，参数化数据总线和地址总线的宽度。我所测试的板子，板载SRAM配置如下；读者，若是使用其他的SRAM，可在SOPC Builder中例化的时候，自行填下参数即可。
#( parameter DATA_LEN = 16, parameter ADDR_LEN = 18 )
第26~27行，此处为处理双向口的惯用做法。当coe_SRAM_WE_N为低时，coe_SRAM_DQ输入avs_writedata，否则则输入高阻。
assign coe_SRAM_DQ = coe_SRAM_WE_N ? 'hz : avs_writedata; assign avs_readdata = coe_SRAM_DQ;
第31行，关于片选信号chipselect，在Avalon接口规范9.1之后，这个信号被拿掉了。那现在如何描述呢，我们根据表1.1和1.2，推出如何使用write(write_n)和read(read_n）来描述。
表1.1 低电平有效的情况
| read_n | write_n | 片选_n |
| 0 | 0 | 有效 |
| 0 | 1 | 有效 |
| 1 | 0 | 有效 |
| 1 | 1 | 无效 |
由表1.1，（片选_n == 0）= read_n & write_n。因此当片选是低电平有效时，使用下面的语句描述。
assign coe_SRAM_CE_N = avs_read_n & avs_write_n;
表1.2 高电平有效的情况
| read | write | 片选 |
| 0 | 0 | 无效 |
| 0 | 1 | 有效 |
| 1 | 0 | 有效 |
| 1 | 1 | 有效 |
由表1.2，（片选 == 1）= read | write。
第32行，将SRAM的高位使能和低位使能拼接到一起（注意顺序），接受avs_byteenable_n的赋值。一般情况下，Avalon-MM默认的writedata（readdata与之一致）数据位宽是32位。其他情况下，则需要使用byteenable来限定字节，以分段传输。关于byteenable的属性，请参考Avalon Interface Specification。
assign {coe_SRAM_UB_N, coe_SRAM_LB_N} = avs_byteenable_n;
关于Avalon信号的命名规范，请参考表1.3。按照规范命名，会减少许多不必要的麻烦。
表1.3 Avalon信号的命名规范
1.2 添加到SOPC Builder的组件库中
打开SOPC Builder，选择File>New Component，打开组件编辑器。选择HDL Files>Add，添加Avalon接口文件和逻辑文件（此处仅有接口文件）。
图1.1 添加HDL文件
观察信号是否正确；若不正确，适当修改HDL文件。由于我所写的HDL文件，信号是严格按照规范来命名的，因此其Interface选项内的接口是自动生成的，不必在手动编辑。
图1.2 Avalon接口信号
选择Interfaces>avalon_slave_0>Deprecated，因为SRAM是易失型存储器，因此需要选中Memory Device，其他选项全部默认。如果Memory Device不被选中的话，在cpu的选项中，将无法选择此SRAM。我估计，Altera之所以将此选项命名为Deprecated，实际上是提醒我们谨慎使用。在没有这种GUI的情况下，使用tcl语言手动描述也是可以的。
图1.3 Memory device选项
Library Info主要用于管理和区分IP。
图1.4 Library Info
单击Finish后，该IP就会出现在SOPC Builder左面的组件库中，即可供以后使用。
2 在SRAM上运行Nios II软核
2.1 硬件部分
2.1.1 在SOPC Builder自定义Nios II软核系统
定制含以下组件的Nios II软核系统，命名为nios_core。其中sysid和timer虽然不是必须，但是加入后，可在Nios II EDS中的下载配置时，减少麻烦；其功用暂时不再赘述。由于使用的SRAM是256Kx16位，因此其数据总线宽度为16，地址总线宽度为18。配置完组件后，如图2.6，分别选择System>Auto assign base addresses和System>Auto assign IRQs，来自动分配虚拟地址和中断号。
图2.1 组件一览
图2.2 cpu选项的配置
图2.3 timer的配置
图2.4 SRAM的配置
图2.5 配置PIO，测试板载LED
图2.6 自动分配虚拟地址和中断号
点击Generate，生成Nios II软核系统。
2.1.2 在Quartus II综合
2.1.2.1 描述顶层模块
打开nios_core_inst.v，根据该Nios II软核系统例化模板文件，编辑顶层文件nios_sram.v。
代码2.1 nios_core_inst.v（Nios II软核系统例化模板文件）
//Example instantiation for system 'nios_core'
nios_core nios_core_inst
(
.clk_50 (clk_50),
.coe_SRAM_ADDR_from_the_sram (coe_SRAM_ADDR_from_the_sram),
.coe_SRAM_CE_N_from_the_sram (coe_SRAM_CE_N_from_the_sram),
.coe_SRAM_DQ_to_and_from_the_sram (coe_SRAM_DQ_to_and_from_the_sram),
.coe_SRAM_LB_N_from_the_sram (coe_SRAM_LB_N_from_the_sram),
.coe_SRAM_OE_N_from_the_sram (coe_SRAM_OE_N_from_the_sram),
.coe_SRAM_UB_N_from_the_sram (coe_SRAM_UB_N_from_the_sram),
.coe_SRAM_WE_N_from_the_sram (coe_SRAM_WE_N_from_the_sram),
.out_port_from_the_pio (out_port_from_the_pio),
.reset_n (reset_n)
);
代码2.2 nios_sram.v（Quartus II顶层模块）
module nios_sram( input CLOCK_50, input Q_KEY, output Q_LED, // output [17:0] SRAM_ADDR, output SRAM_CE_N, inout [15:0] SRAM_DQ, output SRAM_LB_N, output SRAM_OE_N, output SRAM_UB_N, output SRAM_WE_N ); nios_core nios_core_inst ( .clk_50 (CLOCK_50), // .coe_SRAM_ADDR_from_the_sram (SRAM_ADDR), .coe_SRAM_CE_N_from_the_sram (SRAM_CE_N), .coe_SRAM_DQ_to_and_from_the_sram (SRAM_DQ), .coe_SRAM_LB_N_from_the_sram (SRAM_LB_N), .coe_SRAM_OE_N_from_the_sram (SRAM_OE_N), .coe_SRAM_UB_N_from_the_sram (SRAM_UB_N), .coe_SRAM_WE_N_from_the_sram (SRAM_WE_N), // .out_port_from_the_pio (Q_LED), .reset_n (Q_KEY) ); endmodule
2.1.2.2 配置引脚相关
在Quartus II中，打开Assignments>Device>Device and Pin Options>Unused Pins选项，配置未用引脚为三态输入。
图2.7 配置未用管脚
打开Assignments>Device>Device and Pin Options>Configuration选项，选择配置芯片为EPCS4。
图2.8 选择配置芯片
使用文本编辑软件（如Notepad++），按以下格式，编写待分配引脚的映射文件，保存为pins’ list.txt。
To, Location // 板载50MHz时钟 CLOCK_50, PIN_23 // 板载按键RST（亦可不做复位用） Q_KEY, PIN_129 // 板载LED Q_LED, PIN_199 // SRAM SRAM_DQ[0], PIN_82 SRAM_DQ[1], PIN_84 SRAM_DQ[2], PIN_80 SRAM_DQ[3], PIN_81 SRAM_DQ[4], PIN_76 SRAM_DQ[5], PIN_77 SRAM_DQ[6], PIN_74 SRAM_DQ[7], PIN_75 SRAM_DQ[8], PIN_188 SRAM_DQ[9], PIN_189 SRAM_DQ[10], PIN_185 SRAM_DQ[11], PIN_187 SRAM_DQ[12], PIN_181 SRAM_DQ[13], PIN_182 SRAM_DQ[14], PIN_179 SRAM_DQ[15], PIN_180 SRAM_ADDR[0], PIN_92 SRAM_ADDR[1], PIN_90 SRAM_ADDR[2], PIN_88 SRAM_ADDR[3], PIN_89 SRAM_ADDR[4], PIN_86 SRAM_ADDR[5], PIN_72 SRAM_ADDR[6], PIN_68 SRAM_ADDR[7], PIN_69 SRAM_ADDR[8], PIN_64 SRAM_ADDR[9], PIN_67 SRAM_ADDR[10], PIN_197 SRAM_ADDR[11], PIN_198 SRAM_ADDR[12], PIN_193 SRAM_ADDR[13], PIN_195 SRAM_ADDR[14], PIN_191 SRAM_ADDR[15], PIN_173 SRAM_ADDR[16], PIN_169 SRAM_ADDR[17], PIN_170 SRAM_WE_N, PIN_70 SRAM_CE_N, PIN_87 SRAM_OE_N, PIN_171 SRAM_UB_N, PIN_176 SRAM_LB_N, PIN_175
打开Assignments>import Assignments选项，导入引脚映射文件。
图2.9 导入引脚映射文件
2.1.2.3 编译下载
编译及调试。编程与配置FPGA目标芯片。
2.2软件部分
2.2.1 在Nios II 10.0 Software Build Tools for Eclipse，打开New>Nios II Application and BSP from Template选项，使用模板新建软件工程。此处选择hello_world作为软件测试模板，命名工程为hello_world。
图2.10 选择Hello World模板
右键hello_world工程，选择Build Project，编译此工程。
编译完毕后，右键hello_world工程，选择Run as>Nios II Hardware，运行此C程序。
如果以上各步都正确，则会出现下面的效果。
图2.11 打印hello world
参考
1. [原创].怎样制作一个简单ip，以方便在Quartus II和Nios II中使用？.[Nios II][Quartus II][SOPC Builder]
2. Altera.Avalon Interface Specifications
