【 Intel/Altera FPGA技术实战 】Stratix 10 Nios V 工程搭建（一）
一、前言
最近使用Altera Stratix 10 SOC器件做项目开发，需要用Nios软核CPU做一些寄存器控制操作，结果Quartus Prime24.1之后版本的工具已经不支持Nios II processor IP，具体请参考：1. AN 1009: Preserving Nios II Processor IP for Quartus Prime Version 24.1 and Newer • AN 1009: Preserving Nios II Processor IP for Quartus Prime Version 24.1 and Newer • Altera Documentation and Resources Center，后续版本必须使用Nios V，而且Altera所有类型的FPGA都支持Nios V，那么我们就有必要了解和练习使用Nios V，这样才能加速我们的项目开发。
这里先给大家简要介绍Nios V，再手把手搭建Nios V的demo工程，希望对大家有所帮助。
二、前期准备
- 系统：Windows 11；
- 安装EDA工具：Quartus Prime Pro 25.1.1；
- Ashling RiscFree IDE，Quartus安装时选择即可，具体请见下图；
三、Nios V介绍
这部分内容具体请参考：1. Overview • Nios V Processor Reference Manual • Altera Documentation and Resources Center
1. Nios V processor IP是什么：Altera FPGA通过逻辑电路实现的RISC_V架构的软核CPU，该IP不包括外设和外设的连接逻辑，只有软核CPU的电路部分，Nios V与FPGA的关系如下图所示：
2. Nios V processor IP分类：分为Nios V/c、Nios V/m和Nios V/g三种IP，三种类型的对比如下图所示；
1）Nios V/c Processor：基于RISC-V RV32I指令集的紧凑型软核CPU，指令和数据公用128 KB on-chip memory；
2）Nios V/m Processor：基于RISC-V指令集的微控制器软核CPU，支持五级Pipelined和Non-pipelined两种配置，指令和数据公用128 KB on-chip memory；
3）Nios V/g Processor：基于RISC-V RV32IMZicsr指令集的通用软核CPU，支持五级Pipelined，指令和数据公用128 KB on-chip memory，指令和数据各有4KB的cache；
3. 由上图可知，由左至右性能越来越强，相应的生成软核IP所需的FPGA逻辑资源也随之增多，所以需要根据实际场景选择合适的Nios V，如果需要跑系统或者控制交互的性能要求比较高，建议选择Nios V/g或者HPS；如果是裸板程序实现简单控制功能，建议选择Nios V/m；
4. 接下来我们就来搭建一个Nios V/m IP的demo工程，一起熟悉一下Nios V的使用；
四、Nios V工程搭建
1. Quartus工具：先新建工程，再打开Platform Designer，请参考下图，使用的器件型号是1SX110HN2，Quartus工程是niosv_top.qpf，在工程路径下创建niosv_top.qsys；
2. 在Platform Designer界面搜索并添加On-Chip Memory II (RAM or ROM) IP，该IP就是Nios V的on-chip memory，需要存放指令和数据以保证系统的性能和实时性；
这里memory size配置为256KB，选择“Enable non-default initialization file”并把initialization file更改为hello.hex(软件demo工程为hello.c)，其余设置保持默认；
3. 在Platform Designer界面搜索并添加Nios V/m Processor IP，Reset Agent选择onchip_memory_0.s1，其余保持默认；
4. 在Platform Designer界面搜索并添加JTAG UART IP，设置保持默认，该IP可以通过JTAG输出log信息，便于系统调试；
5. 在Platform Designer界面搜索并添加Reset Release IP，选择Reset interface，Altera建议使用该IP来控制系统上电到系统IDLE之间的复位；
6. 设置默认的时钟Clock Bridge IP和复位Reset Bridge IP，这里设置时钟为50MHz（建议结合板载硬件资源设置），复位为低有效；
7. 连接各组件的接口信号，具体请参考下图；
8. 连接完成后，在【System】-> 【Assign Base Address】分配外设基地址，整个系统的连接如下图所示；
9. Generate HDL完成后，又搭建了系统顶层top模块，因为我的硬件板载无复位信号，且不想引入PLL模块，若大家板级有复位输入可以不用搭建顶层模块；
module top( input clk_clk // 50MHz ); niosv_top u0 ( .clk_clk (clk_clk), // input, width = 1, clk.clk .reset_reset_n (1'b1) // input, width = 1, reset.reset_n ); endmodule10. 添加时序约束文件niosv_top.sdc，该工程比较简单，只需要告诉EDA工具主时钟即可，最终的工程文件列表如下图：
create_clock -name clk -period 20.0 [get_ports clk_clk]
11. 进行Analysis & Synthesis，然后在Pin Planner界面分配管脚；
12. 在【Assignments】->【Device】-> 【Device and Pin Options】-> 【Configuration】配置SDM PIN，这里建议结合自己硬件板级资源进行设置；
13. 在【Assignments】->【Device】-> 【Device and Pin Options】-> 【Power Management & VID】配置VID 信息，下面配置是bypass VID，这里建议结合自己硬件板级资源进行设置；
14. 配置完成后，打开工程根目录下niosv_top.qsf文件，该文件是Quartus Settings File，包含了 Quartus 工程的综合、布局布线、时序、引脚、IP、文件列表等全部配置信息，具体配置信息如下，我们可以通过该文件确认上述的配置是否生效；
// 工程基本信息 set_global_assignment -name TOP_LEVEL_ENTITY top set_global_assignment -name ORIGINAL_QUARTUS_VERSION 25.1.1 set_global_assignment -name PROJECT_CREATION_TIME_DATE "16:14:38 JANUARY 26, 2026" set_global_assignment -name LAST_QUARTUS_VERSION "25.1.1 Pro Edition" set_global_assignment -name PROJECT_OUTPUT_DIRECTORY output_files set_global_assignment -name MIN_CORE_JUNCTION_TEMP "-40" set_global_assignment -name MAX_CORE_JUNCTION_TEMP 100 set_global_assignment -name DEVICE 1SX110HN2F43I2VG set_global_assignment -name FAMILY "Stratix 10" set_global_assignment -name ERROR_CHECK_FREQUENCY_DIVISOR 256 set_global_assignment -name EDA_TIME_SCALE "1 ps" -section_id eda_simulation set_global_assignment -name EDA_OUTPUT_DATA_FORMAT "VERILOG HDL" -section_id eda_simulation // 源文件 & IP & Platform Designer set_global_assignment -name IP_FILE ip/niosv_top/niosv_top_clock_in.ip set_global_assignment -name IP_FILE ip/niosv_top/niosv_top_reset_in.ip set_global_assignment -name QSYS_FILE niosv_top.qsys set_global_assignment -name IP_FILE ip/niosv_top/niosv_top_intel_niosv_m_0.ip set_global_assignment -name IP_FILE ip/niosv_top/niosv_top_intel_onchip_memory_0.ip set_global_assignment -name IP_FILE ip/niosv_top/niosv_top_jtag_uart_0.ip set_global_assignment -name IP_FILE ip/niosv_top/niosv_top_s10_user_rst_clkgate_0.ip set_global_assignment -name BOARD default set_global_assignment -name SDC_FILE niosv_top.sdc set_global_assignment -name VERILOG_FILE src/top.v // 引脚分配 & SDM & VID set_location_assignment PIN_K8 -to clk_clk -comment IOBANK_3K set_instance_assignment -name IO_STANDARD "1.8-V" -to clk_clk -entity top set_global_assignment -name POWER_APPLY_THERMAL_MARGIN ADDITIONAL set_global_assignment -name USE_PWRMGT_SCL SDM_IO14 set_global_assignment -name USE_PWRMGT_SDA SDM_IO11 set_global_assignment -name PWRMGT_SLAVE_DEVICE0_ADDRESS 3F set_global_assignment -name PWRMGT_SLAVE_DEVICE1_ADDRESS 3F set_global_assignment -name PWRMGT_SLAVE_DEVICE2_ADDRESS 3F set_global_assignment -name PWRMGT_SLAVE_DEVICE3_ADDRESS 3F set_global_assignment -name PWRMGT_SLAVE_DEVICE4_ADDRESS 3F set_global_assignment -name PWRMGT_SLAVE_DEVICE5_ADDRESS 3F set_global_assignment -name PWRMGT_SLAVE_DEVICE6_ADDRESS 3F set_global_assignment -name PWRMGT_SLAVE_DEVICE7_ADDRESS 3F
