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初試高云FPGA

2022-12-19 06:49:57 後端開發

前言

之前一直眼饞Sipeed的Tang系列,正好遇到有工程需要高速控制并行總線,就買了NANO 9K和Primer 20K試試水
買回來先拆的貴的20k,結果發現Sipeed設計師有奇怪的腦回路:

  • 核心板沒有指示燈,沒有集成下載器
  • tf卡在核心板與底板中間藏著,JTAG絲印在背面
  • JTAG介面和官方下載器需要扭麻花形式連接
  • 調整供電bank需要手動拆除0R電阻,
  • 板載晶振27MHz,很奇怪的頻率
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結果就是失去了除錯的興趣,隨便寫了個分頻器輸出1pps脈沖了事,

之后拆了NANO 9K,這個就比20K好用多了,板載一串LED,雖然一些板載資源占用了IO,但還是比較方便除錯的,
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Sipeed還有個問題就是,例程太少,點燈、點螢屏,沒了,好在高云的手冊比較多,雖然各個功能的手冊是分別發布的,沒有系統教程,但好在詳細,摸索了一天,算是明白了這個工具要怎么用,因此先寫一篇博客記錄一下,

軟體準備

  1. 前往高云官網下載軟體和各種參考手冊,推薦使用教育版,不用申請license,
  2. 安裝下載好的云源軟體,我安裝的1.9.8.09教育版,有的教程說要另外下載programmer,該版本已自帶,軟體安裝問題可以參考SUG501手冊,
  3. 打開軟體,界面功能問題可以參考SUG100手冊,
  4. 新建工程,點燈測驗,詳見Sipeed點燈例程,
  5. 綜合、約束、下載之類的基礎操作在例程中已有詳解,這里列一下可能用到的手冊
    • 綜合問題在SUG550
    • 約束在SUG935和SUG940
    • 下載在SUG502
    • 其他高級功能樣例在SUG918,所有功能有獨立說明手冊
      所以說高云手冊雖然不系統,但好在很詳細

IP核呼叫

IP核怎么呼叫,沒有專門教程參考,僅在SUG100中放了個界面,各各IP核手冊中也只是用Verilog或VHDL實體化原語,搞得我這Verilog入門菜鳥一頭霧水,在此隨手記錄一下IP核呼叫方式,

專案目標

點燈教程中系統時鐘來自于板載時鐘27MHz,這個時鐘我猜測是為了保留3M時鐘基頻,以便精確PLL出如21M、12M、24M等時鐘(那為什么不用21M時鐘,還包含7M基頻),

但是我看27MHz不順眼,于是專案目標就是,利用GW1NR-9C自帶的可編程時鐘,產生一個25MHz頻率,再用這個25MHz進PLL產生100MHz時鐘,同時把25MHz用緩沖器輸出到引腳上,以檢測板子的信號完整性,最后固化到內部Flash,完成燒錄與脫機運行,

這樣,該專案檢測了邏輯單元、IO、IO速率、PLL、CLK,只剩下DSP、SRAM和一些PHY沒測驗了,之后可以寫一個DDS工程,測一下DSP和SRAM,

IP核配置

  1. 首先是打開IP核界面,選擇時鐘模型,選擇OSC,雙擊
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  2. 可以看到內部可編程時鐘的配置是很簡單的,只需要填一個分頻數就好,該IP核的詳細說明見UG286,具體搭載的時鐘原頻率是多少,不要參考軟體中IP核的說明,要參考IC的Datasheet,如GW1NR-9的DS117的晶振時鐘章節
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  3. 軟體自動生成verilog檔案,自己也可以仿照該檔案直接在主模型檔案中例化原語,
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  4. 在主模型檔案中將該OSC模型實體化
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  5. 接著,在IP核管理界面選擇rPLL模塊,一般使用普通模式即可,填入輸入時鐘、輸出時鐘、誤差容忍度,點擊計算即可自動配置,需注意,有些需求時鐘是不能產生的,或者它自動生成引數后綜合軟體認為不在VCO適用頻率內,這時就需要手動湊數計算了,詳細引數計算綜合報錯時會有,UG286也有計算方法,
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  6. 在主檔案中將該PLL實體化
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  7. 直接在主檔案中將25M時鐘連到OBUF上,輸出帶緩沖的clk_out
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  8. 對點燈例子中的一些計數值稍作修改,即可完成代碼
  9. 綜合約束,燒錄,燒錄選擇燒錄在內部Flash里,這樣可以離線運行
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代碼如下:

module led (
    input sys_rst_n,        // reset input
    output reg [5:0] led,    // 6 LEDS pin
    output wire clk_out
);

reg [31:0] counter;
wire pll_clk;
wire sys_clk;

Gowin_OSC SYSOSC(sys_clk);
Gowin_rPLL APLL(pll_clk,sys_clk);
OBUF uut(
    .O(clk_out),
    .I(sys_clk)
);

always @(posedge pll_clk or negedge sys_rst_n) begin
    if (!sys_rst_n)
        counter <= 32'd0;
    else if (counter < 32'd49_999_999)       // 0.5s delay
        counter <= counter + 1'b1;
    else
        counter <= 32'd0;
end

always @(posedge pll_clk or negedge sys_rst_n) begin
    if (!sys_rst_n)
        led <= 6'b111110;
    else if (counter == 32'd49_999_999)       // 0.5s delay
        led[5:0] <= {led[4:0],led[5]};
    else
        led <= led;
end

endmodule

約束:
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