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今天帶大家來(lái)設計一個(gè)自定義的IP核，我們從最基本的做起，包括datasheet 的理解，設計的整體框架，AD轉換代碼的編寫(xiě)，仿真，Avalon-MM總線(xiàn)接口的編寫(xiě)，硬件系統還是基于上次的硬件系統，不過(guò)我們不再用altera給我們提供的IP核了，我們要自己做一個(gè)，有時(shí)候我們找不到他們提供的IP核，或者有些IP核是收費的，這個(gè)時(shí)候我們就可以自己來(lái)編寫(xiě)自己的IP，雖然沒(méi)有官方的那么標準，但是用來(lái)做一些實(shí)驗還是沒(méi)什么問(wèn)題的。 這次實(shí)驗我用的是原來(lái)我那塊板子，因為那塊板子上有AD轉換芯片，而我們上次搭建的硬件系統是基于cyclone IV的硬件系統，但是這塊開(kāi)發(fā)板上沒(méi)有AD芯片，我們就不做軟件下載的實(shí)驗了，其實(shí)只要在我們編寫(xiě)AD轉換HDL代碼的時(shí)候測試成功，那么我們軟件調試部分就應該沒(méi)什么問(wèn)題了，有條件的同學(xué)可以自己做這一部分。 一、有理可依 所有編寫(xiě)的代碼必須都得有理可依，要不然直接看代碼那得有多痛苦啊，第一部分先來(lái)帶大家熟悉一下datasheet上的東西 我們要操作的AD轉換芯片TLC549的頂層視圖 可以看到這個(gè)芯片應該不太難操作，左邊是模擬信號輸入端，因為是模數轉換，這邊我們就暫時(shí)可以不管，看右邊有時(shí)鐘信號，數字信號輸出端和片選端，那么我們需要控制的，無(wú)非就是時(shí)鐘信號和片選信號了 還有什么器件描述什么的大家可以自己取去看，我們主要去看時(shí)序圖 大體上來(lái)看一下，，首先是ADC的工作時(shí)鐘，它在片選信號為低電平的時(shí)候有效，連續8個(gè)周期用來(lái)將轉換后的數字信號送到數據總線(xiàn)上，8個(gè)時(shí)鐘周期過(guò)后就是轉換周期，用來(lái)對模擬信號進(jìn)行轉換，在這期間，片選信號要拉高，對于片選信號，開(kāi)始的時(shí)候有一個(gè)從高電平到低電平的跳變，然后等待一個(gè)建立時(shí)間TSU，建立時(shí)間結束后ADC工作時(shí)鐘開(kāi)始工作，8個(gè)時(shí)鐘周期后，片選拉高開(kāi)始模數轉換，之后片選拉低，將轉換后的數據送出去。 細節部分，可以看到當片選拉低后，我們可以定義一個(gè)使能信號en來(lái)開(kāi)啟工作時(shí)鐘，從片選拉低到工作時(shí)鐘有效需要一個(gè)建立時(shí)間1.4us，這個(gè)數據在下面的表格中可以查到，之后是8個(gè)數據鎖存周期，每一個(gè)時(shí)鐘的高低電平延時(shí)不能小于404ns，具體也是表格中找，然后是轉換周期，時(shí)間是17us，至于轉換期間的工作時(shí)鐘是什么我們可以不必關(guān)心。 再來(lái)看一下它的注釋內容，大體意思是說(shuō)轉換周期需要一個(gè)17us的延時(shí)，注釋B大體意思是說(shuō)，當片選拉低之后，數據的第8位就自動(dòng)的放到了數據總線(xiàn)上，剩下的7位數據在第7個(gè)時(shí)鐘下降沿到來(lái)的時(shí)候就已經(jīng)鎖存了。 二、編程思路 這段時(shí)間跟著(zhù)他們在上課，聽(tīng)李老師講課的時(shí)候，李老師不會(huì )將大量的時(shí)間放到代碼的編寫(xiě)上，而是有時(shí)候花一整節課的時(shí)間來(lái)幫助學(xué)生來(lái)構建編程的思路，包括系統架構，狀態(tài)轉移圖等，有了這些都東西作為鋪墊，我們的代碼編寫(xiě)就可以手到擒來(lái)，起到事半功倍的效果，如果我們不做好事先的準備設計工作，沒(méi)有一個(gè)系統的架構在我們腦海里，上來(lái)就去寫(xiě)代碼，就會(huì )發(fā)現越寫(xiě)問(wèn)題越多，思路不通，處理不當等問(wèn)題，所以小墨同學(xué)回來(lái)之后也用word做了這么個(gè)狀態(tài)轉移圖，這個(gè)實(shí)驗不是很難，狀態(tài)機也沒(méi)那么復雜，就是希望起到一個(gè)拋磚引玉的過(guò)程，通過(guò)一個(gè)小小的實(shí)例，告訴大家以后在拿到一個(gè)問(wèn)題后改怎么下手。雖然畫(huà)的不怎么樣~還是可以看得哈~ 理一下編程思路吧，從datasheet里面我們知道。我們要做好這幾個(gè)延時(shí)，即準備轉換的延時(shí)1.4us，17us的轉換延時(shí)，和404ns的ADC工作時(shí)鐘高低電平延時(shí)等。狀態(tài)機部分采用兩段式狀態(tài)機。將組合邏輯與時(shí)序邏輯分開(kāi)，采用獨熱編碼。按照狀態(tài)轉移圖構思好狀態(tài)機的編程思路。數據處理部分，為了保證數據的穩定性，可以采用邊沿脈沖檢測法檢測ADC工作時(shí)鐘的上升沿，在每一個(gè)上升沿將轉化后的數據一位一位鎖存，由于數據是串行輸入，還要用到串并轉換的思想，這些編程方法前面都已經(jīng)介紹過(guò)，就不一一講解了。 代碼風(fēng)格部分，個(gè)人感覺(jué)這一套代碼比起以前有了一些進(jìn)步，至少看起來(lái)思路清晰，注釋合理，數據處理恰當，語(yǔ)法直白，沒(méi)有用到一些很別扭的語(yǔ)法等。具體還需要廣大讀者自己去體會(huì )，也希望你們能夠喜歡~ 代碼部分就不一一講解了，源代碼會(huì )附在文章后面，大家可以自行消化 三、仿真與驗證 上面是前仿真的過(guò)程，從波形來(lái)看和我們的設計吻合，用標尺量一下，延時(shí)參數也和我們設計的一致 按理說(shuō)我們下一步需要進(jìn)行時(shí)序約束部分，但是我們的這個(gè)設計是us級的，即使不做時(shí)序約束也是可以的，但是畢竟我設計的是一個(gè)IP核，為了穩定起見(jiàn)還是做一下時(shí)序約束比較好。說(shuō)實(shí)話(huà)，時(shí)序約束部分，個(gè)人感覺(jué)是一門(mén)高大上的學(xué)問(wèn)，變化多端，有些都是經(jīng)驗值，你問(wèn)一個(gè)工程師為什么是這樣約束，有時(shí)候可能他也答不上來(lái)。之前也接觸過(guò)靜態(tài)時(shí)序分析的知識，但是一直不敢寫(xiě)，感覺(jué)還是學(xué)的不怎么樣吧，想回去以后學(xué)內存這方面的時(shí)候再去好好研究一下它~ 下面是后仿真的波形圖 可以看到，波形跟我們的設計吻合，也沒(méi)有出現什么不合理的設計什么的，可以下板驗證了 可以看到，當我們扭動(dòng)滑動(dòng)變阻器的時(shí)候，相應的模擬量被轉化成數字量并在數碼管上顯示了 四、Avalon-MM總線(xiàn)接口設計 我們知道，我們設計的這個(gè)IP核是要掛到Avalon-MM總線(xiàn)上的，作為一個(gè)從機，總線(xiàn)需要通過(guò)片選信號來(lái)訪(fǎng)問(wèn)總線(xiàn)上掛的這些IP，因此，我們也需要給我們的IP設計一個(gè)和總線(xiàn)通信的接口 我們設計AD轉換的IP核的片選信號低電平有效，當片選信號有效的時(shí)候，如果再來(lái)一個(gè)讀信號，那么，數據就會(huì )被總線(xiàn)讀走，送至CPU 五、自定義IP 好了，下面我們就可以來(lái)定義我們自己的IP了 先將我們剛才設計好的AD轉換的.V文件復制到我們硬件系統的目錄中，并養成一個(gè)好的習慣，新建一個(gè)文件夾，并命名為IP，以后我們設計的IP都可以放到里面 打開(kāi)我們之前硬件系統的sopc builder,雙擊左上角的NEW component ，在HDL file一欄中添加我們的adc.v文件， 在signal一欄中，根據端口的類(lèi)型配置端口，時(shí)鐘復位信號不用說(shuō)，其中我們的與總線(xiàn)接口部分的端口屬于總線(xiàn)的從機端口，我們需要把它定義為avalon_slave_0端口類(lèi)型，信號類(lèi)型設置為低電平片選，低電平讀就好，其他端口設置為conduit類(lèi)型，信號類(lèi)型設置為export，因為我們是用來(lái)輸出到外部器件的端口 在接口一欄中，我們可以設置一些相關(guān)參數，一般為默認就好，為了我們數據的穩定性，我們可以把讀延時(shí)周期設置為4個(gè)，保證它有足夠的時(shí)間去處理數據 然后點(diǎn)擊finish，雙擊我們生成的IP核將它添加到系統工程中即可，然后重新生成硬件系統 六、硬件系統生成 將生成的新的硬件系統的例化接口聲明好，這樣在我們的設計頂層又多了這樣一個(gè)模塊，按照慣例分析綜合，時(shí)序約束，分配管腳，這樣我們的硬件系統就設計好了 七、軟件部分 因為我的硬件系統上沒(méi)有AD芯片，這里就只簡(jiǎn)單說(shuō)一下軟件代碼，不做下板調試了 軟件部分只講一下主函數部分，看下圖 代碼很簡(jiǎn)單，就是每隔一段時(shí)間將采集到的值在窗口打印，不過(guò)有個(gè)問(wèn)題需要解釋一下，有人會(huì )問(wèn)，我們在自定義IP的時(shí)候不是定義了片選端和讀信號么，為什么我們沒(méi)有對它進(jìn)行操作就可以讀數據了呢? 其實(shí)我們是不需要對我們的外設進(jìn)行片選或者讀寫(xiě)使能的，因為我們的avalon-MM總線(xiàn)一次只能訪(fǎng)問(wèn)一個(gè)從機，我們給出了我們AD轉換的IP的地址，就默認片選了這個(gè)模塊了，又因為我們調用了IO操作的讀函數，在定義信號的時(shí)候我們定義的是低電平，這樣其實(shí)就是總線(xiàn)默認幫我們選好了，我們只需要給它一個(gè)地址，那么數據就會(huì )自動(dòng)的傳到總線(xiàn)上去。 |
