尝一下DE1-SoC—HPS--FPGA

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尝一下DE1-SoC—HPS--FPGA

  

关键词：Cyclone V 、5CSEMA5、 DE1-SoC

     学习DE1-SoC也有三个星期了，来个小结性总结吧。

       这篇帖子，并不是技术，而只是个科普而已，仅供娱乐，开心的我也是不行。

感想：我也是开心 的快要哭了，整个人感觉都不好了。整体的对这个SoC的印象就是ARM和FPGA关于AMBA4.0的一段恋情。。。开发起来也是复杂的不行，首先你得会ARM和FPGA，还得会用AMBA。作为一个基本不知道FPGA是什么的东东的我来说确实有点难度。

         走在学习的小路上。。。

一、拆机器卖零件

起因：听这次altera体验活动的组织者也就是论坛管理员@phantom7说芯片加起来比板子值钱的。当时感觉她在逗我玩，怎么可能芯片加起来比板子还贵，那不是赔钱卖板子的么。

经过：自己去arrow随便点了几个板子上有的芯片放到了购物车。

结果：发现了一条发家致富的道路，就是拆机器卖零件。。。

世界太复杂，我搞不明白呀。

还是看图片吧，有图有真相。

图3-1:DE1-SoC价格

图3-2：芯片价格

          有了上面的经验，瞬间也是开心的不行，机智的我拿起来来了米尔科技的Z-turnBoard 开发板（RMB850），准备拆机器卖零件。结果发现板载Xilinx的zynq7000家族的那个小芯片 （ZC7z010）大概是$60+。这次不能拆机器卖零件了。两颗SoC都是dual ARM Cortex-A9，一个85K、一个25K，具体的细节，倘若后面有时间，写个小小的对比与大家分享。

二、CycloneV SE简介

图3-3：Cyclone简介

Cyclone V较CycloneIV的提升

图3-4：CycloneIV和V的区别

Cyclone V下的各种的种类也是各种的各种多。

图3-5：Cyclone V种类

所以来讲个命名规则吧，因为要围绕DE1-SoC的板载芯片来讲，所以看看CycloneV（SE、SX、ST）命名规则如下：

图3-6：SE、SX、ST

DE1-SoC板载一颗型号为：5CSEMA5F31C6N的芯片，关于这个芯片的性能与功能，请参照图3-3自行脑补，或者参看下面的图3-7、8、9：

图3-7：5CESA5功能

图3-8：5CESA5F31封装

图3-9：5CESA5F31 JESD51-1
（上面这个测试，细节我也不懂，只不过好大上，就贴在上面了）

三、HPS---FPGA

DE1-SoC开发板入门资料还是不错的，不过都是英文，四六级都没过的我，开着这些资料开心的我也是快要哭了。

看看下面这个图，可能对Cyclone的开发工具和CycloneV的内部结构有点了解，如下：

图3-A：Cyclone V

首先看一下面的几个单词，其实用过Cortex-M的单片记得同学，除了AXI对下面的应该很熟悉的

AMBA（AdvancedMicrocontroller Bus Architecture）

AHB（theAdvanced High-performances Bus）

ASB（theAdvanced System Bus）

APB（theAdvanceed Peripheral Bus）

AXI（AdvancedeXtensible Interface）

AMBA® 4   :    AXI4™, AXI4-Lite™, or AXI4-Stream™Protocol.

AMBA是ARM公司设计的通信总线。AXI4.0是对3.0的升级，可以通过它来进行ARM和FPGA的通信。具体的就参考ARM官网的用户手册吧。

ARM和FPGA来直观的看一看，其实就是下面这个样子的：

图3-B：SoC

两个独立的东东，做到了一个芯片上，通过总线互联。

其实是这个样子的：

图3-C：总线

M：master                     S： slave

FPGA-to-HPS bridge

HPS-to-FPGA bridge

Lightweight HPS-to-FPGA bridge

DE1-SoC提供了QuartusII 的一个基本的项目，DE1-SoC板子的资源已经设置好，可以在这个基础上做一些开发。

例程是做了一个简单的流水灯的程序。

只需要做点小小的改动就可以完成对HPS和FPGA这块相应的简单的开发。在Qsys中添加好PIO模块之后，设置好系统总线。编译好项目之后，通过JTAG配置到FPGA中。

图3-D：JTAG调试

接着，将IO口地址虚拟映射到虚拟地址之后，通过“/dev/mem”就可以操作了，在HPS上执行的C语言代码如下：

1. <blockquote>#include <stdio.h>

复制代码

1. #include <stdio.h>
   
2. #include <unistd.h>
   
3. #include <fcntl.h>
   
4. #include <sys/mman.h>
   
5. #include "hwlib.h"
   
6. #include "socal/socal.h"
   
7. #include "socal/hps.h"
   
8. #include "socal/alt_gpio.h"
   
9. #include "hps_0.h"
   
10. 
    
11. #define HW_REGS_BASE ( ALT_STM_OFST )
    
12. #define HW_REGS_SPAN ( 0x04000000 )
    
13. #define HW_REGS_MASK ( HW_REGS_SPAN - 1 )
    
14. 
    
15. int main() {
    
16. 
    
17.         void *virtual_base;
    
18.         int fd;
    
19.         int loop_count;
    
20.         int led_direction;
    
21.         int led_mask;
    
22.         void *h2p_lw_led_addr;
    
23. 
    
24.         // map the address space for the LED registers into user space so we can interact with them.
    
25.         // we'll actually map in the entire CSR span of the HPS since we want to access various registers within that span
    
26. 
    
27.         if( ( fd = open( "/dev/mem", ( O_RDWR | O_SYNC ) ) ) == -1 ) {
    
28.                 printf( "ERROR: could not open "/dev/mem"...\n" );
    
29.                 return( 1 );
    
30.         }
    
31. 
    
32.         virtual_base = mmap( NULL, HW_REGS_SPAN, ( PROT_READ | PROT_WRITE ), MAP_SHARED, fd, HW_REGS_BASE );
    
33. 
    
34.         if( virtual_base == MAP_FAILED ) {
    
35.                 printf( "ERROR: mmap() failed...\n" );
    
36.                 close( fd );
    
37.                 return( 1 );
    
38.         }
    
39.        
    
40.         h2p_lw_led_addr=virtual_base + ( ( unsigned long  )( ALT_LWFPGASLVS_OFST + PIO_LED_BASE ) & ( unsigned long)( HW_REGS_MASK ) );
    
41.        
    
42. 
    
43.         // toggle the LEDs a bit
    
44. 
    
45.         loop_count = 0;
    
46.         led_mask = 0x01;
    
47.         led_direction = 0; // 0: left to right direction
    
48.         printf(" HelloWorld! \n");
    
49.         while( loop_count < 60 ) {
    
50.                
    
51.                 // control led
    
52.                 *(uint32_t *)h2p_lw_led_addr = ~led_mask;
    
53. 
    
54.                 // wait 100ms
    
55.                 usleep( 400*1000 );
    
56.                
    
57.                 // update led mask
    
58.                 if (led_direction == 0){
    
59.                         led_mask <<= 1;
    
60.                         if (led_mask == (0x01 << (PIO_LED_DATA_WIDTH-1)))
    
61.                                  led_direction = 1;
    
62.                 }else{
    
63.                         led_mask >>= 1;
    
64.                         if (led_mask == 0x01){
    
65.                                 led_direction = 0;
    
66.                                 loop_count++;
    
67.                         }
    
68.                 }
    
69.                
    
70.         } // while
    
71.        
    
72. 
    
73.         // clean up our memory mapping and exit
    
74.        
    
75.         if( munmap( virtual_base, HW_REGS_SPAN ) != 0 ) {
    
76.                 printf( "ERROR: munmap() failed...\n" );
    
77.                 close( fd );
    
78.                 return( 1 );
    
79.         }
    
80. 
    
81.         close( fd );
    
82. 
    
83.         return( 0 );
    
84. }
    

复制代码

图3-E：编译环境

感觉上面那个东东就是一个类似的Cygwin。完美执行linux指令，开心的我也是不行。。

图3-F：调试

编译之后将，可执行文件放到开发就可以发布运行了。

至此，也是结束了，开心的我也是不行。

总算有点明白了ARM与FPGA之间的这段  “奸情”  。

Mr_Hertz

不错不错！

凤凰息梧桐

发现了一条发家致富的道路，就是拆机器卖零件。。。
我也赞同啊  楼主努力啊

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Mr_Hertz 发表于 2015-5-21 10:41
不错不错！

哈哈。。。。

574433742

凤凰息梧桐 发表于 2015-5-21 11:25
发现了一条发家致富的道路，就是拆机器卖零件。。。
我也赞同啊  楼主努力啊

好，一起入伙，哈哈

lelee007

哈哈，写的不错，很cute，也很详尽，撸主对文档研究的比较细致

另外拆机器买芯片这条发家致富的路就别走了，到时候会亏的裤子都没的穿的

chenzhufly

恩 恩 不错的开始

lelee007

不过我之前倒是没有care过DE1-SOC的板子用的5CSEMA5，还以为都是5CSX系列的芯片

之前也纳了闷了，难道真用那种普通的插针来引高达3.125Gbps的serdes接口咩？

现在终于知道了，原来是这样，压根没有serdes，多谢撸主分享，嘿嘿

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lelee007 发表于 2015-5-21 21:21
不过我之前倒是没有care过DE1-SOC的板子用的5CSEMA5，还以为都是5CSX系列的芯片

之前也纳了闷了，难道真用那种普通的插针来引高达3.125Gbps的serdes接口咩？

现在终于知道了，原来是这样，压根没有serdes，多谢撸主分享，嘿嘿

哈哈。

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chenzhufly 发表于 2015-5-21 21:21
恩 恩 不错的开始

开心的我也是快要哭了。。。。。

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lelee007 发表于 2015-5-21 21:19
哈哈，写的不错，很cute，也很详尽，撸主对文档研究的比较细致

另外拆机器买芯片这条发家致富的路就别走了，到时候会亏的裤子都没的穿的

你不早说，我把裤子都卖了。。。

白丁

那个shell应该就是cygwin，装EDS时候装上的

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白丁 发表于 2015-5-22 22:09
那个shell应该就是cygwin，装EDS时候装上的

thanks......

何谓因你心醉

有趣，很好的入门总结