[經歷] 【小梅哥FPGA】Altera SOPC FrameBuffer體系design教程（應用VGA及時顯示肆意字符圖案）【AC620開闢板手把手教程】
本文觸及到若干復雜IP的應用，包含SGDMA、Avalon ST adapter，是進階進修SOC/SOPC很是適合的起航材料。 小梅哥編寫，未經受權，嚴禁轉錄發載或用于任何貿易用處 在嵌進式體系中，LCD屏作為最友愛的人機交互方法，被大批的利用到了各個體系中。在基于ARM處置器的體系中，利用更長短常普遍。FPGA作為狹義嵌進式體系的一員，天然也有良多時辰需求來驅動顯示屏顯示一些內在的事務，例如常常有需求要用FPGA來做液晶測試架，做顯示器驅動測試卡。良多進修了FPGA的伴侶都了解，FPGA驅動VGA顯示器是比擬輕松的，簡直每個板卡商供給的材料中都供給了有諸如顯示彩條，顯示圖案，甚至顯示包養app簡略的文字。可是，當盼望顯示加倍復雜的內在的事務的時辰，往往就很難辦到了。由於FPGAdesign的是電路，是硬件，特色是腦筋簡略，四肢發財。而顯示復雜的內在的事務，恰好需求一個腦筋發財的把持器來履行這項義務。在FPGA這些年的成長中，先后經過的事況了簡略邏輯擴大、復雜邏輯design、SOPC體系和SOC體系，邏輯design部門就未幾說了，對于SOPC體系design，Xilinx家有MicroBlaze軟核、Altera家有赫赫有名的NIOS II軟核處置器。而到了SOC時期，Xilinx家和Altera（現已被因特爾收買，成為Intel的可編程工作部）都發布了內嵌雙核ARM Cortex-A9的SOC芯片，Xilinx家有名的zynq7000系列，以及Altera花了鼎力氣在高校推行的Cyclone V SOC。固然跟著技巧的成長以實時間的推移，SOC的利用會越來越普遍，可是作為我們普通進修和應用來說，SOPC技巧也仍是有其應用的價值的，究竟內嵌硬核的SOC芯片，動輒幾百塊，而應用軟核的計劃，只需40元不到的BOM本錢就能完成一個體系design，上風仍是很顯明的。本例，我們就率領大師應用Altera Cyclone IV系列最低真個FPGA芯片EP4CE6/EP4CE10design的可以或許驅動640*480辨別率顯示屏靜態顯示復雜內在的事務的體系。例如顯示文字，顯示圖片 在之前我們講授過RGB顯示屏的驅動，RGB顯示屏驅動時序和VGA驅動時序簡直完整一樣，只是分歧的辨別率之間，當時序參數分歧。說到這個驅動480*272辨別率顯示屏靜態顯示復雜內在的事務，信任良多伴侶并不生疏，是的，在我們之前的SOPC公然課時辰，就曾經給大師講授過完成這種體系的一種方法，即便用了一片自力的SRAM來作為顯示屏的顯存，顯示驅動模塊直接讀取SRAM中的數據并及時刷新顯示，而NIOS 包養網推薦II CPU則只在需求刷新顯包養sd示內在的事務的時辰，才履行對SRAM的寫進操縱。此種方法，需求一片自力的SRAM作為顯存，以及一片SDRAM作為NIOS II的運轉內存。除了SRAM的應用會增添體系的BOM本錢外，SRAM也會占用失落FPGA芯片較多的管腳，招致必需得應用256腳BGA計劃的芯片才幹夠完成。是以，此種計劃僅合適在對本錢不太敏感高的場所應用。本節要先容的計劃，是對該體系改良優化獲得的。 本節所描寫的體系，僅需用到以下硬件資本1. 台灣包養 EP4CE6/EP4CE10型FPGA芯片一片（30元）2. 16Mbit 或以上SDRAM芯片一片（3元，如華邦w9816g6）3. 50M有源晶振一片（3元）4. 4Mbit SPI FLASH芯片（1.5元，如W25Q80）5. 3.3V、2.5V、1.2V LDO穩壓電源（AMS117系列，算計不到1元） 本節盼望到達的目標：在顯示屏上顯示一幀圖像，并在指定地位顯示字符內在的事務
上述框架是我們顛末剖析，要完成本體系計劃所需的最小硬件體系，本節我們將基于芯航路的AC620進修套件來完成FPGA的體系搭建和NIOS II軟件design。甜心寶貝包養網芯航路的AC620 FPGA開闢板全體硬件設包養網單次置裝備擺設包養網推薦高于上述剖析，有助于我們停止原型驗證。 FPGA體系搭建本體系重要在Qsys體系中完成，包括了以下IP核：l c包養站長lk_0：輸出時鐘治理單位，體系默許添加l altpll_0：PLL鎖相環，對輸出時鐘停止分頻和倍頻，以獲得兩路頻率為100MHz，相位相差180度的時鐘電子訊號，分辨供給給體系中邏輯電路任務（包括NIOS II軟核處置器）和SDRAM芯片應用。以及1路24M的時鐘電子訊號，供640*480辨別率的VGA驅動電路應用。l NIOS II CPU：完成體系的把持以及顯示內在的事務的處置。l SDRAM：NIOS II CPU運轉內存和TFT顯示圖像幀緩存。l onch包養價格pttip_memory：片上存儲器，指定SGDMA要履行的數據傳輸，重要用作SGDMA的描寫符存儲器。l lcd_sgdma：SGDMA IP，重要完成大批數據的高效搬運，支撐流形式，包養網VIP效力比Avalon MM接口的DMA核高。l timing_adapter：時序婚配IP核，重要包養網推薦用于流數據在兩個分歧模塊間停止傳遞時，對部門電子訊號加上必定延遲，使得數據和標志電子訊號可以或許完整同步（說的簡略點兒，就是用存放器打拍的方法對一些電子訊號停止延遲，使數據和把持電子訊號對齊）。l fifo：雙時鐘fifo，重要完成數據流的傳輸速率轉換。SGDMA輸入的數據流，是依照和存儲器雷同的時鐘速率（本例中為100M）停止的，而在數據應用端，即VGA顯示部門，是依照9M的時鐘取用數據的，是以應用雙時鐘fifo，處理跨時鐘域的題目。l VGA_SINK：該IP為第三方開源IP，由友晶科技供給，包養網dcard重要完成Avalon ST流數據轉換成VGA行場時序并驅動VGA屏停止顯示。l EPCS：EPCS FLASH存儲器把持IP，應用該IP，使得EPCS芯片可以或許存儲FPGA固件和NIOS II的法式。
l jtag_uart0：調試串口，重要用來打印一些調試信息，在design的後期調試中很有效
接上去，將具體講授本體系的搭建經過歷程。1、 altpll_0為了包管全部體系可以或許具有較高的機能，是以讓其運轉在100MHz，所以需求應用PLL對內部晶振發生的50MHz輸出的時鐘電子訊號停止倍頻，獲得兩路頻率為100M，相位相差90度的時鐘電子訊號。別的，還需求供給一路9MHz時鐘電子訊號供480*272辨別率的TFT屏驅動應用。關于PLL的具體添加和參數修正方法這里不再多說，僅供給設置成果：inclk0：50M不需求areset電子訊號和locked電子訊號c0：9MHzc1：100MHz，相位為0c2：100MHz，相位為-180度2、 nios i包養站長i cpu一切設置應用默許值，等后續添加完sdram和EPCS和，將復位向量（ResetVector）設置為epcs，將異常向量（Exception Vector）設置為sdram。3、 sdram數據位寬（Data Width）為16bit。構造（Architecture）為一個片選，4個bank。地址寬度（Address Width）Row地址為12、Column地址為9。其他默許即可。
4、 on包養甜心網chip_memory片上緩存onchip_memory作為SGDMA的描寫符存儲器，存儲SGDMA的數據傳輸描寫內在的事務。類型為RAM；數據位寬選擇32位；存儲器總量選擇16384Bytes（用戶可以依據本身芯片的RAM容量恰當增添或減小該值）；
5、 lcd_sgdma選擇傳輸形式為存儲器到數據流形式（Memory To Streram）；數據寬度（Data width）為16bit，該位寬與存儲器（SDRAM）的Avalon MM總線寬度分歧。其他依照默許即可，如下圖所示。
6、 timing_adapter時序婚配IP核，重要用于流數據在兩個分歧模塊間停止傳遞時，對部門電子訊號加上必定延遲，使得數據和標志電子訊號可以或許完整同步（說的簡略點兒，就是用存放器打拍的方法對一些電子訊號停止延遲，使數據和把持電子訊號對齊）。如下圖所示設置，一切勾選項都勾選上，輸出Ready Latency設置為0，輸入Ready Latency設置為1，每個數據總共有兩個symbols，每個symbol含8位數據。（依據RGB數據流的現實意義，這里應當是每個數佔有3個symbols，可是本design應用的是16位色RGB565形式，即RGB總共才16位，所以在搭建體系的時辰，假定只要2個symbols，只是在終極數據輸入到VGA的時辰，將16bit數據拆分紅RGB565，分辨送給VGA的R、G、B色通道）
以上各個模塊，都是任務在100MHz的時鐘頻率下。重要完成將需求顯示的數據從SDRAM中讀掏出來。而讀掏出來的數據終極是需求送到TFT顯示屏上往顯示的，TFT顯示部門，對于本體系，數據傳輸速度為9M，是以就需求完成數據從100M時鐘域到9M時鐘域的跨時鐘域傳輸。而完成數據流跨時鐘域傳輸，較好的方法是應用雙時鐘fifo。是以，接上去就需求添加一個雙時鐘fifo，先將100M時鐘域的數據緩存起來，然后再等候9M時鐘域的讀取邏輯來讀取。 7、 fifo設置fifo的深度為512字節，每個數據含2個symbols，每個symbols由8位數據構成，即全部數據寬度為16位。時鐘設置為雙時鐘形式（Dual Clock Mode），輸出和輸入都應用Avalon ST接口，使能數據包（Enable Packet Data）。這里順帶說一下，Cyclone IV E器件中的嵌進式塊RAM為M9K存儲器，每個器件里都有若干個M9K存儲器。所謂M9K存儲器，就是一個塊存儲器中有9Kb個存儲位，每個M9K存儲器可以一點，有空的時候多陪陪她，一結婚就丟下人，實在是太過分了。”被設置裝備擺設為以下形式：■ 8192 × 1■ 4096 × 2■ 2048 × 4■ 1024 × 8■ 1024 × 9■ 512 × 16■ 512 × 18■ 256 × 32■ 256 × 36由于本design中，數據是16位的，是以，假如要想僅應用一個M9K存儲器就完成本Fifo，存儲深度可在1到512之間任選。假設我們選擇存儲深度為128，那么就只占用1/4個M9K的存儲容量，可是，剩下的3/4的存儲容量也照舊無法零丁應用包養站長，在該design中會永遠的被揮霍失落，是以，不如將存儲深度直接設置為512，還能包管緩存足夠年夜，防止不測喪失數據。
8、 VGA_SINKVGA_SINK模塊是從友晶供給的design中修正獲得的，該IP底本僅支撐24位色形式，而本體系，由于SDRAM為16位寬度，假如強行應用24位色形式，則必需得從SDRAM中讀取兩個數據才幹拼接成一個像素，招致SDRAM的負載過年夜，從而使得體系帶寬碰到瓶頸，無法正常任務，是以對該IP停止了修正，即下降為16bit的RGB565形式。（依據RGB數據流的現實意義，這里應當是每個數佔有3個symbols，可是本design應用的是16位色RGB565形式，即RGB總共才16位，所以在搭建體系的時辰，假定只要2個symbols，只是在VGA_SINK模塊外部，在終極數據輸入到VGA的時辰，停止了修正，將16bit數據拆分紅RGB565，分辨送給VGA的R、G、B色通道）。這里參數分辨如下設置：H_DISP（行顯示有用像素）：640H_FPORCH：16時鐘周期H_SYNC：96時鐘周期H_BPROCH：48時鐘周期 V_DISP（行顯示包養感情有用像素）：480V_FPORCH：1時鐘周期V_SYNC：2時鐘周期V_BPROCH：33時鐘周期
這些參數都是從VGA尺度中查到的。 9、EPCS EPCS的添加沒有什么需求特殊留意的，一切依照默許設置即可。 至此，我們曾經完成了全部顯示體系的組件添加任務，接上去就該停止組件間的總線銜接了。在總線銜接之前，必需要包養俱樂部先給大師講授一下本體系的數據流向，由於本體系和我們之前在SOPC公然課時辰講過的體系架構還不太一樣，包養管道本體系重要引進了Avalon ST總線。在之前公然課時辰講過的各類例子，都是基于Avalo“聽到你這麼說，我就放心了。”蘭學士笑著點了點頭。 “我們夫妻只有一個女兒，所以花兒從小就被寵壞了，被寵壞了，n MM總線的，一切外設IP都經由過程Avalon MM總線銜接到NIOS II CPU上，是以總線銜接長短常簡略的。可是Avalon MM總線的數據搬運才能是比擬弱的，無法支撐高速大批的數據傳輸。而在基于Avalon ST總線的數據流中，NIOS II CPU本質相當于被旁路了，只起到了狀況治理的感化，一切的數據流轉都是模塊間經由過程Avalon ST總線停止交互的，不需求NIOS II往履行搬運任務，是以數據的搬運效力年夜年夜進步。本節暫不合錯誤Avalon ST總線停止過多的講授，總之，我們可以把Avalon ST總線想象成一個水管，水從水管的一頭可以很不難且疾速的流到另一頭，不需求第三方用水瓢一瓢一瓢的往舀曩昔。 Framebuffer體系數據流在全部FrameBuffer體系中，SGDMA模塊是最焦點的部門，他完成了對SDRAM存儲器的直接讀取操縱，并將讀到的數據終極以數據流的情勢輸入。SGDMA的應用相當的普遍，不只是在本體系中，在Altera良多官方design中也都應用了SGDMA IP核，好比PCIE 示例、千兆以太網示例、VIP示例等，關于SGDMA的具體先容，可以參看SGDMA的用戶手冊，我們也盼望能盡快發布SGDMA的專題講授。這里僅對SGDMA的端口和效能停止下簡述。本體系中SGDMA被設置裝備擺設為存儲映射形式到數據流形式，即數據的泉源采用地址映射的方法組織，而數據的接受方則應用數據流的方法停止接受。在此種形式下，SGDMA總共有5個端口，分辨為Avalon MM Slave接口的把持總線，Avalon MM Master接口源數據讀取總線、Avalon MM Master接口的描寫符寫進總線和Avalon MM Master接口的描寫符讀取總線，以及終極的Avalon ST Source數據輸入總線。
csr：Avalon MM Slave接口的把持總線，與NIOSII CPU停止銜接，NIOS II CPU經由過程該接口讀寫SGDMA外部的把持和狀況存放器，以完成DMA的傳輸把持。這也是全部數據傳播輸獨一需求NIOS II介入的處所。NIOS II現實就飾演了個老板的腳色，設定SGDMA往做什么，SGDMA接就任務后就下往干搬運的苦力活兒了，而NIOS II這個老板，則可以坐在辦公室喝喝咖啡，了解一下狀況報紙，等著SGDMA把苦力干完后回來陳述（中止）或許隔一段時光打個德律風問問任務狀況和進度（查詢）。m_read：Avalon MM Master接口的源數據讀取總線，該接話柄現對Avalon MM總線上掛載的存儲需求傳輸的數據源存儲器的讀取，例如SDRAM、DDR2 SDRAM。從這里，大師也可以看到，在Qsys搭建的體系中，不是只要NIOS II可以或許包養一個月往讀取SDRAM、DDR2等存儲器，現實上，只需是Avalon MM Master接口的IP，都可以往讀取這些存儲器，我們甚至可以本身編寫一個Avalon MM Master接口的邏輯，來代替NIOS II CPU完成各類IP核的讀寫操縱。descriptor_write：描寫符寫端口，SGDMA完成數據傳輸需求有一個描寫符，SGDMA的一切傳輸都是受描寫符把持的，經由過程描寫符存儲SGDMA的及時傳輸狀況。這里專門應用一個片上存儲器來存儲SGDMA的描寫符，可以或許節儉FPGA資本。不然，假如應用FPGA資本來完成描寫符，將會帶來很包養網單次是年夜的資本耗費。descriptor_rea包養價格pttd：描寫符讀端口，SGDMA應用此端口讀取描寫符，以取得傳輸信息。out：數據流輸入端口，從SDRAM或DDR2中讀取到的數據會經過此端口流出，以供給給數據的應用端應用。 對于我們剖析數據流來說，可以臨時疏忽csr、descriptor_write和descriptor_read端口，由於這些端口并不處于數據通路上，真正處于數據通路上的，是m_read（數據流進）和out（數據流出）端口。下圖為本體系的數據流圖。
NIOS II CPU應用SDRAM作為運轉存儲器，存儲法式和數據，同時，SGDMA從SDRAM中及時讀取需求顯示到VGA屏上的數據。NIOS II 和SGDMA之間對SDRAM的應用仲裁由Avalon MM總線的仲裁機制主動處置。經由過程以上先容，清楚了體系的數據流向，就可以起首完成數據流總線的銜接了。每個st 流接口的模塊都有2個流端口，一個是流輸出端口（in: Avalon Streaming Sink），另一個是流輸入端口（out:Avalon Streaming Source）。銜接時，只需將上一級模塊的流out銜接到下一級模塊的流in端口，即可完成數據流的主動連接。在本例中每個模塊端口銜接如下表所示：
當然，銜接完成總線后，不要忘了銜接復位收集、導出需求引出到體系頂層的電子訊號以及中止收集。l 修正NIOS II的復台灣包養網位向量為EPCS、異常向量為SDRAM。l 主動分派基地址。l 到HDL Eaxmple欄復制例化模版。l 保留并開端generate。 至此，全部體系就搭建完成了，下一個步驟就是將體系參加到Quartus II工程中。起首是將mysystem.qsys文件添加到工程，然后完成工程頂層文件的編寫。這些最基礎的操縱，這里就不在贅述，以下為工程頂層代碼： module Framebuffer_VGA( input wire clk_50m, 短期包養 input wire reset_n, output wire vga_clk, output wire vga_de, output wire [7:0] vga_r, output wire [7:0] vga_g, 包養行情 output wire [7:0] vga_b, output wire vga_hs, output wire vga_vs, output wire vga_bl, output wire sdram_clk, output wire [1包養網VIP1:0] sdram_addr, output wire [1:0] sdram_ba, output wire sdram_cas_n, output wire sdram_cke, output wire sdram_cs_n, inout wire [15:0] sdram_dq, output wire [1:0] sdram_dqm, output wire sdram_ras_n, output wire sdram_we_n, output wire epcs_dclk, output wire epcs_sce, output wire epcs包養甜心_sdo, input wire epcs_data0 ); assign vga_bl = 1; wire vga_clk_r; assign vga_clk = ~vga_clk_r; //對VGA時鐘反相，以包管數據中間對齊 mysystem u0 ( .clk_50m_clk (clk_50m), .reset_50m_reset_n (reset_n), .vga_clk (vga_clk_r), .vga_de (vga_de), .vga_r (vga_r), .vga_g (vga_g), .vga_b (vga_b), .vga_hs (vga_hs), .vga_vs (vga_vs), 包養網車馬費 .altpll_0_phasedone_conduit_export (), .altpll_0_locked_conduit_export (), .altpll_0_areset_conduit_export (), .“是的。”她恭敬地回答。epcs_dclk (epcs_dclk), .epcs_sce (epcs_sce), .epcs_sdo (epcs_sdo), .epcs_data0 (epcs_data0), .sdram_clk_clk (sdram_clk), .sdram_addr (sdram_addr), .sdram_ba (sdram_ba), .sdram_cas_n (sdram_cas_n), 包養網單次 .sdram_cke (不知不覺中答應了他的承諾。 ?她越想，就越是不安。sdram_cke), .sdram_cs_n (sdram_cs_n), .sdram_dq (sdram_dq), .sdram_dqm (sdram_dqm), .sdram_ras_n (sdram_ras_n), .sdram_we_n (sdram_we_n) ); endmodule 然后分派引腳，本體系在AC620開闢板上的引腳分派請參照AC620開闢板引腳分派表。 分派引腳后，記得在quartus ii軟件中設置一切雙效能引腳為用戶形式。
編譯工程獲得sof編程文件。 至此，全部FrameBuffer體系硬件design就完成了，下一個步驟，我們就可以編寫響應的驅動法式和利用法式，在目的板上運轉了。 創立Eclipse工程翻開NIOS II EDS軟件，導進我們供給的VGA和VGA_bsp兩個工程。修正setting.bsp文件中第7行和第9行兩個地位為本身電腦上對應的地位。封閉文件，然后build工程。假如編譯掉敗，提醒無權限，請先封閉一切文件，然后選擇全部文件夾右鍵獲取治理員權限。
以下為main函數內在的事務 #include “stdio.h” #include “stdlib.h” #include “io.h” #include “sys/alt_alarm.h” #include “altera_avalon_sgdma包養違法.h” #include “altera_avalon_sgdma_descriptor.h” #include 在嫁給她之前，席世勳的家有十根手指之多。娶了她後，他趁公婆嫌媳婦不歡而散，廣納妃嬪，寵妃毀妻，立她為正妻。他在”altera_avalon_sgdma_regs.h” #include “alt_types.h” #include “alt_video_disp但即便是濃妝豔抹，害羞的低下頭，他還是一眼就認出了她。新娘果然是他在山上救出來的那個女孩，就是藍雪芙小姐的女兒lay.h” #include “unistd.h” #include “pic1.h” #include “pic2.h” #include “system.h” #define WIDTH 640 #define HEIGHT 480 #define NUM_FRAME 1 int main() { unsigned int d = 0; ////Initial LCD Display alt_video_display* display_global; // printf(“Initializing LCD display controllern “); display_global = alt_video_display_init(LCD_SGDMA_NAME, // Name of video controller WIDTH, // Width of display HEIGHT, // Height of display 16, // Color depth (32 or 16) SDRAM_BASE + SDRAM_SPAN / 2, // Where we want our frame buffers ONCHIP_MEMORY_BASE, // Where we want our descriptors NUM_FRAME); // if (display_global) // printf(” – LCD Initialization OKn”); // else // printf(” – LCD FAILEDn”); alt_video_display_clear_screen(display_global, 0xff); show_pic(display_global, pic1); usleep(1000000); while(1){ } 包養意思} 編譯包養網ppt完成后下載sof，并在nios ii eds中履行run。銜接VGA顯示器，就能在屏幕上顯示一副美男圖，如下圖所示： 若有其它題目，請拜見小梅哥博客中關于NIOS II的相干內在的事務。如“【2017最新】處理NIOS II工程變動位置在磁盤上地位后project無法編譯題目.pdf”和“NIOS II 開闢留意點總結.pdf” 本文檔對應design工程名為：AC620_Framebuffer_VGA，請到AC620開闢板網盤/光盤材料中獲取。
接待參加芯航路FPGA技巧支撐群一路會商進修：472607506（已滿），615381411小梅哥2017年4月17日于成都
• 【 小梅哥 AC620V2 FPGA 開闢板 不花錢試用】小梅哥AC620開闢板全套材料下載鏈接 
9985
• 【design實例】【小梅哥FPGA】基于AC620開闢板WM8731的音頻錄制與回放體系 4000
• 【小梅哥FPGA】【design實例】基于AC620開闢板的多通DDS道電子訊號產生器 3933
發佈留言