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纯净的硅(中级)

【Sipeed 高云GW2A FPGA开发板】——ARM Cortex-M0软核处理器_点亮数码管 [复制链接]

ARMSOC-7SEG

该设计实现一个使用ARM Cortex-M0 DesignStart内核的SoC,集成一个7段数码管的驱动IP,对该IP的数据寄存器写入数据后,即可在IO引脚上输出对应的信号,从而在连接的7段数码管上显示对应的数字/字符。

ARMSOC-7SEG_block-diagram.png

4.5.1. FPGA硬件设计代码

创建对应的FPGA项目,将所需的文件添加到项目中,如图:

ARMSOC-7SEG_project-files.png
  1. 调整时钟分频,可直接运行在板载的27MHz时钟上,代码如下:

    //CLOCK DIVIDER & RESET
    ClockDiv #(
            .CLOCK_DIV(1)
        )
        uClockDiv   (
            .CLK_I(CLK),
            .CLK_O(HCLK)
    );
    
  2. 由于原设计适配的Nexys3开发板上的4位7段数码管为共阳,且管选信号为PMOS驱动,seg/dp和an均为低电平有效,而本次试验使用的数码管为共阴、管选信号为NMOS,所以seg/dp和an均为高电平有效,因此需要将信号反相,修改AHBLITE_SYS.v代码如下:

    wire    [6:0]           seg_n;
    wire    [3:0]           an_n;
    wire                            dp_n;
    assign seg = ~seg_n;
    assign an = ~an_n;
    assign dp = ~dp_n;
    //AHBLite Slave
    AHB7SEGDEC uAHB7SEGDEC (
            //AHBLITE Signals
            .HSEL(HSEL_7SEG),
            .HCLK(HCLK),
            .HRESETn(HRESETn),
            .HREADY(HREADY),
            .HADDR(HADDR),
            .HTRANS(HTRANS[1:0]),
            .HWRITE(HWRITE),
    //      .HSIZE(HSIZE),
            .HWDATA(HWDATA[31:0]),
    
            .HRDATA(HRDATA_7SEG),
            .HREADYOUT(HREADYOUT_7SEG),
            //Sideband Signals
            .seg(seg_n),
            .an(an_n),
            .dp(dp_n)
    );
    

    PS:在实验过程中,由于误输入,assign an = ~an; 导致出现显示异常的错误,排查了较长时间,逐一测试各个部分的代码,最后才纠正为assign an = ~an_n;

  3. IO引脚约束,按照FPGA开发板与数码管接线方式,将IO引脚约束到Dock底板的2.54mm排母上,对应的引脚如下:

    IO_LOC "dp" N8;
    IO_PORT "dp" PULL_MODE=UP DRIVE=8;
    IO_LOC "an[3]" D14;
    IO_PORT "an[3]" PULL_MODE=UP DRIVE=8;
    IO_LOC "an[2]" B14;
    IO_PORT "an[2]" PULL_MODE=UP DRIVE=8;
    IO_LOC "an[1]" B13;
    IO_PORT "an[1]" PULL_MODE=UP DRIVE=8;
    IO_LOC "an[0]" B12;
    IO_PORT "an[0]" PULL_MODE=UP DRIVE=8;
    IO_LOC "seg[6]" N7;
    IO_PORT "seg[6]" PULL_MODE=UP DRIVE=8;
    IO_LOC "seg[5]" D11;
    IO_PORT "seg[5]" PULL_MODE=UP DRIVE=8;
    IO_LOC "seg[4]" B11;
    IO_PORT "seg[4]" PULL_MODE=UP DRIVE=8;
    IO_LOC "seg[3]" L9;
    IO_PORT "seg[3]" PULL_MODE=UP DRIVE=8;
    IO_LOC "seg[2]" N9;
    IO_PORT "seg[2]" PULL_MODE=UP DRIVE=8;
    IO_LOC "seg[1]" N6;
    IO_PORT "seg[1]" PULL_MODE=UP DRIVE=8;
    IO_LOC "seg[0]" A11;
    IO_PORT "seg[0]" PULL_MODE=UP DRIVE=8;
    IO_LOC "LED[7]" P6;
    IO_PORT "LED[7]" PULL_MODE=UP DRIVE=8;
    IO_LOC "LED[6]" T6;
    IO_PORT "LED[6]" PULL_MODE=UP DRIVE=8;
    IO_LOC "LED[5]" L16;
    IO_PORT "LED[5]" PULL_MODE=UP DRIVE=8;
    IO_LOC "LED[4]" L14;
    IO_PORT "LED[4]" PULL_MODE=UP DRIVE=8;
    IO_LOC "LED[3]" N14;
    IO_PORT "LED[3]" PULL_MODE=UP DRIVE=8;
    IO_LOC "LED[2]" N16;
    IO_PORT "LED[2]" PULL_MODE=UP DRIVE=8;
    IO_LOC "LED[1]" A13;
    IO_PORT "LED[1]" PULL_MODE=UP DRIVE=8;
    IO_LOC "LED[0]" C13;
    IO_PORT "LED[0]" PULL_MODE=UP DRIVE=8;
    IO_LOC "RESETn" T10;
    IO_PORT "RESETn" PULL_MODE=UP;
    IO_LOC "CLK" H11;
    IO_PORT "CLK" PULL_MODE=UP;
    
  4. 之后便直接综合、布局布线、时序、功耗分析,生成bitstream文件,下载运行即可。

4.5.2. 软件汇编代码的Keil编译和调试

打开Keil项目,无需更改直接编译即可得到所需的Cortex-M0所需的可执行代码,其源代码如下:

Reset_Handler   PROC
                GLOBAL Reset_Handler
                ENTRY

                                LDR     R1, =0x50000000
                                LDR             R4, [R1]

AGAIN                   STR             R4, [R1]

                                LDR             R0, =0xFFFFF
Loop                    SUBS    R0,R0,#1
                                BNE Loop

                                ADDS    R4,R4,#1

                                B AGAIN
                                ENDP

使用Keil调试,在调试前设置0x50000000地址处的内存空间为可读可写(见前述),执行断点调试,即可看到AHB7SEGDEC数据寄存器0x500000000处的值在变化,如图:

ARMSOC-7SEG_keil-debug.png

4.5.3. 实际运行效果

用杜邦线连接好FPGA开发板和数码管,将FPGA项目编译后的fs文件下载到FPGA开发板后,可见数码管按照预期的数字累加,如图:

ARMSOC-7SEG_effect.gif

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五彩晶圆(中级)

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