国产FPGA测评【四】基于双端口RAM和串口的日志打印

yyliu

国产FPGA测评【四】基于双端口RAM和串口的日志打印 [复制链接]

 

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0.说明

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各位小伙伴大家好！

最近工作较忙，好不容易抽出时间发帖。本帖根据正点原子的双端口RAM模块核串口模块，融合为一个工程文件，来实现特定业务：基于双端口RAM和串口的日志打印。

开始介绍我的工程之前，先来解答几个疑问。

1.为什么要使用FPGA进行串口日志打印？

紫光以及其他厂家都有在线调试功能，紫光需要设置DEBUG CORE，在主板上电进行一系列的设置后，才能记录需要的数据。这会在主板上电一瞬间丢失很多关键数据，因此我们可以将这些关键数据以固定格式存储起来，作为记录关键事件的日志，当我们需要时，就可以通过串口打印出来，非常方便调试主板。例如，我们可以记录主板的ADC采样数据，打印后使用MATLAB进行数据分析；还可以记录状态机变量，打印后我们知道实际状态机运行状态是否与我们预期的一样....还有其他很多好处，大家可以在开发学习过程中体会

2.为什么要使用双端口RAM？

因为主板上的信息我们需要采集后存储起来，并且我们需要读取出来，因此可以采用双端口RAM。这个双端口RAM可以双边读写，当然，单口读单口写的双端口RAM也是可以满足要求的，本帖就是使用的这种类型的RAM。

3.为什么选择串口打印日志？

我们常用的低速总线包括I2C、SPI和串口，其中串口只需要两个数据线，协议简单，我们在硬件设计时，只需要给FPGA预留串口座子，就可以将数据打印到串口助手，电脑拿到数据后非常容易进行分析。

串口打印的数据可以是一系列的数字，也可以字符串和数字相结合，例如电脑主板BIOS的串口输出、BMC的串口输出，BIOS运行时读取内存SPD信息或者将主板信息发送给BMC时，都是可以通过串口将BIOS的工作状态在串口实时显示出来的。这样开发人员就能很容易掌握主板的运行状态、判断主板是否正常。

4.本帖属于抛砖引玉，前面提到的功能并未全部实现，根据本帖的思路和现有实现的工程，大家可以方便的实现上述几点目标。

 

1.软件总体设计

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本帖的硬件设计比较简单，就是FPGA与PC的串口设计，相关内容不在分析，直接介绍软件的设计。

本帖实验目标：开发板上电后，给双端口RAM写入数据，并打印到串口。

下图是本工程的系统框图。FPGA与PC通过TX和RX两个线相连（硬件设计采用了USB-TYPE-C线连接PC和开发板）。各模块的作用如下：

1.顶层模块：例化其余模块实现前各模块的数据交互；

2.PLLIP核：输出两个时钟，分别作为写RAM模块和读RAM模块的时钟；

3.写RAM模块负责向RAM中写入数据；本帖默认写入数据0-31到地址0-31；当然，大家若想读取状态机、input端口的数据，只需简单修改该模块；

4.读RAM模块负责从RAM中读出数据；并将数据发送给串口；同时还可以接收串口助手发送过来的数据，并对数据进行解析，对RAM进行特定地址数据读取或者全部数据读取。

本帖实现了RAM全部数据上电默认打印到串口。其他功能实现也不难，例如串口输出字符串提示主板状态信息等，大家可以自行实现，有疑问可以留言和我沟通。

5.uart recv为串口接收模块，从串口接收端口uart rxd来接收上位机发送的串行数据，并在一帧数据接收结束后给出通知信号uart_done。本帖未使用。

6.uart send为串口发送模块，以uart en为发送使能信号。uart en的上升沿将启动一次串口发送过程，将uart din接口上的数据通过串口发送端口uarttxd发送出去。

 

 

  2.关键代码分析

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本帖只对顶层模块和读RAM模块进行了修改：

串口的系统时钟为25Mhz，cke_1ms表示每隔1ms串口打印一个字节的数据。

reg  [5:0]  rd_cnt;                 //读控制计数器

//uart parameter define
parameter  CLK_FREQ = 25000000;         //定义系统时钟频率
parameter  UART_BPS = 115200;           //定义串口波特率

//uart variable
wire       uart_send_en;                //UART发送使能
wire [7:0] uart_send_data;              //UART发送数据
wire       uart_tx_busy;                //UART发送忙状态标志

//*****************************************************
//**                    main code
//*****************************************************

//rd_cnt计数范围在0~31,ram_rd_en为高电平
assign ram_rd_en = ((rd_cnt>=6'd0) && (rd_cnt<=6'd31) && rst_n) ? 1'b1 : 1'b0;// && (!uart_tx_busy)

//读控制计数器,计数器范围0~63
always @(posedge clk or negedge rst_n) begin
    if(!rst_n)
        rd_cnt <= 6'd0;
    else if(rd_cnt == 6'd63)
        rd_cnt <= rd_cnt;
        //rd_cnt <= 6'd0;
    else if(cke_1ms)   
        rd_cnt <= rd_cnt + 1'b1;
    else
        rd_cnt <= rd_cnt;
end       

//写地址信号 范围:0~31        
always @(posedge clk or negedge rst_n) begin
    if(!rst_n)    
        begin    
        ram_rd_addr <= 5'd0;
        end
    else if(rd_cnt >= 6'd0 && rd_cnt <= 6'd31 && cke_1ms)// && !uart_tx_busy
        begin
        ram_rd_addr <= ram_rd_addr + 1'b1;
        end
    else
        begin
        ram_rd_addr <= ram_rd_addr;
        end
end    

 

串口发送模块为：

//串口发送模块    
assign uart_send_en = ((rd_cnt>=6'd0) && (rd_cnt<=6'd31) && cke_1ms);

uart_send #(                          
    .CLK_FREQ       (CLK_FREQ),         //设置系统时钟频率
    .UART_BPS       (UART_BPS))         //设置串口发送波特率
u_uart_send(                 
    .sys_clk        (clk),
    .sys_rst_n      (rst_n),
     
    .uart_en        (uart_send_en),     //发送使能信号
    .uart_din       (ram_rd_data),   //待发送数据
    .uart_tx_busy   (uart_tx_busy),     //发送忙状态标志    
    .uart_txd       (uart_txd)          //UART发送端口
    );

 

3.实物仿真

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1.实物连接如下图：包括下载器连接到PC、type-c数据线连接PC和开发板，连接上电源。

2.串口助手设置

波特率设置为115200，停止位1，无校验。注意勾选十六进制显示。

下面代码是写入RAM中的数据，可以看出地址0-31写入了0-31数据。

module ram_wr(
    input            clk,           //时钟信号
    input            rst_n,         //复位信号，低电平有效
                                    
    //RAM写端口操作                 
    output           ram_wr_en,     //ram写使能
    output reg [4:0] ram_wr_addr,   //ram写地址        
    output reg [7:0] ram_wr_data    //ram写数据
);

//reg define
reg  [5:0]  wr_cnt;                 //写计数器

//*****************************************************
//**                    main code
//*****************************************************

//wr_cnt计数范围在0~31,ram_wr_en为高电平
assign ram_wr_en = ((wr_cnt>=6'd0) && (wr_cnt<=6'd31) && rst_n) ? 1'b1 : 1'b0;

//写计数器,计数器范围0~63
always @(posedge clk or negedge rst_n) begin
    if(!rst_n)
        wr_cnt <= 6'd0;
    else if(wr_cnt == 6'd63)
        wr_cnt <= wr_cnt;
    else    
        wr_cnt <= wr_cnt + 1'b1;
end

//写计数器范围：0~31,产生ram写数据信号
always @(posedge clk or negedge rst_n) begin
    if(!rst_n)
        ram_wr_data <= 8'd0;
    else if(wr_cnt >= 6'd0 && wr_cnt <= 6'd31)  
        ram_wr_data <= ram_wr_data + 1'b1;
    else
        ram_wr_data <= 8'd0;
end        

//写地址信号 范围:0~31        
always @(posedge clk or negedge rst_n) begin
    if(!rst_n)        
        ram_wr_addr <= 5'd0;
    else if(wr_cnt >= 6'd0 && wr_cnt <= 6'd31)
        ram_wr_addr <= ram_wr_addr + 1'b1;
    else
        ram_wr_addr <= 5'd0;
end        

endmodule

串口助手点击清除接收，然后下载程序，串口助手就会出现下列数据，和我们写入RAM中的数据是相同的，实验成功。

大家如果想要实现更多样化、更复杂的功能，如记录主板的ADC采样数据，记录状态机变量，可以根据本工程框架修改即可。

Jacktang

看来基于双端口RAM和串口的日志打印结果，也可以用串口助手点击清除接收进行验证

yyliu

Jacktang 发表于 2023-2-9 07:30 看来基于双端口RAM和串口的日志打印结果，也可以用串口助手点击清除接收进行验证

看来学习帖子还是要认真。

帖子提到，点击清除接收，下载程序。

清除接收可以清除上一次串口打印的结果，

下载程序会默认执行串口打印。

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2023年转行IC验证一点看法

forrest-ceh

wow，真不错