May 2011
Altera Corporation
Nios II Hardware Development Tutorial
Contents
Chapter 1. Nios II Hardware Development
Design Example . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1–1
Software and Hardware Requirements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1–2
OpenCore Plus Evaluation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1–3
Nios II System Development Flow . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1–4
Analyzing System Requirements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1–5
Defining and Generating the System in Qsys . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1–5
Integrating the Qsys System into the Quartus II Project . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1–6
Developing Software with the Nios II Software Build Tools for Eclipse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1–6
Running and Debugging Software on the Target Board . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1–7
Varying the Development Flow . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1–7
Refining the Software and Hardware . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1–7
Iteratively Creating a Nios II System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1–7
Verifying the System with Hardware Simulation Tools . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1–8
Install the Design Files . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1–8
Analyze System Requirements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1–9
Start the Quartus II Software and Open the Example Project . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1–9
Create a New Qsys System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1–10
Define the System in Qsys . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1–11
Specify Target FPGA and Clock Settings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1–11
Add the On-Chip Memory . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1–12
Add the Nios II Processor Core . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1–14
Add the JTAG UART . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1–17
Add the Interval Timer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1–18
Add the System ID Peripheral . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1–19
Add the PIO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1–20
Specify Base Addresses and Interrupt Request Priorities . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1–22
Generate the Qsys System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1–23
Instantiate the Qsys System Module in the Quartus II Project . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1–25
Add IP Variation File . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1–26
Assign FPGA Device and Pin Locations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1–26
Compile the Quartus II Project and Verify Timing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1–29
Download Hardware Design to Target FPGA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1–31
Develop Software Using the Nios II SBT for Eclipse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1–32
Create a New Nios II Application and BSP from Template . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1–32
Compile the Project . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1–34
Document Revision History . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Info–1
How to Contact Altera . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Info–1
Typographic Conventions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Info–2