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[原创]基于Vivado开发FPGA程序快速入门
发表于: 2023-3-17 20:13 15196

[原创]基于Vivado开发FPGA程序快速入门

2023-3-17 20:13
15196

本实验的主要目的是实现4个LED灯循环亮灭的逻辑,来体验典型的vivado FPGA程序编写流程,并采用仿真验证。主要涉及到这些步骤:项目创建流程、写RTL程序实现逻辑、写testbench验证逻辑、写XDC硬件管脚约束、烧写程序,并查看结果。

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没有实现的文件,可以先不指定需要导入到项目的文件。

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根据实际情况选择开发板型号。笔者的开发板是这样的型号。

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检查一下没有问题,就可以finish了。

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新建好项目之后,添加实现的RTL文件:
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选择添加design sources.
其中,第一个constraints是用于配置硬件的管脚约束的,也就是输入输出和硬件实际PIN/PORT映射关系;
第三个是添加testbench仿真文件。
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Vivado还是创建的是verilog的文件。不是verilog HDL。
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直接ok就行。

源代码如下所示:

简单的逻辑。

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选择run synthesis综合一下:
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综合成功之后,会提示你下一步是否继续。可以先cancel,然后我们下面来写测试的逻辑。
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同样的,也是添加source
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源代码如下:

核心就是启动激励就行。
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右键点击run simulation,我们先键入simulation settings进行必要的设定。进入之后,可以拉长仿真的时间,用于查看完整的仿真周期。此外,建议把simulate.log_all_signals也加上。这样的话,所有的信号波形都会被记录下来,我们后续在窗口中,按需添加想要查看的变量就行。
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左键点击,准备执行:
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查看仿真结果,并且对应调试。
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想要添加查看的变量,直接右键添加就行。
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--题外话:(对于状态机类型的RTL逻辑验证,可以考虑引入一个状态机自动分析的工具,辅助判断波形是否符合状态机的预期,从而加速调测。工具的输入:状态机定义文件、仿真的波形文件;输出:不符合状态机流转的前后状态、出问题的波形位置、出问题的代码位置)

管脚约束是应用RTL程序到硬件上非常重要的一步,需要结合硬件的datasheet来填写。这里也有一个写好的xdc文件,可以直接导入。
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选择添加约束文件。
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源代码如下:

查看导入XDC文件之后,管脚实际分配的情况:
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对应形成的配置就是这样:
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生成bit文件,这个bit文件就是最终要烧录到FPGA上的。
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接着,给开发板通电。
选择连接都开发板:
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连接成功后显示:
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接着我们选择烧写程序,就可以把程序烧录上去了。
图片描述
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ILA是Integrated Logic Analyzer,集成逻辑分析器:即Vivado的在线逻辑分析仪,其借用了传统逻辑分析仪的理念以及大部分的功能,并利用FPGA 中的逻辑资源,将这些功能植入到FPGA 的设计当中。ILA是用IP核的形式实现的。
在线逻辑分析仪通过一个或多个探针(Probe)来采集希望观察的信号,然后通过片内的JTAG 硬核组件,来将捕获到的数据传送给下载器,进而上传到Vivado IDE 以供用户查看。Vivado IDE 也能够按照上述数据路径,反向地向FPGA 中的在线逻辑分析仪传送一些控制信号。
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首先在工程中,添加ILA的IP。打开IP catalog。
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找到ILA的IP,双击。
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Comparator数量:指每个probe可以配置的capture条件。
Probe数量:指捕获的探针数量。

我们当前这个程序,主要就是观测LED数值的变化。因此,就设定一个探针probe。
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LED是4bit的,所以设置probe探针长度为4bits。
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由于我们这个程序没有在Block design中设计,而是直接嵌入到verilog代码的,因此选择out of context per IP。不用做连线啥的操作。
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接下来就在代码中,实例化ILA的 IP。

当然,我们可以根据实际需求,生成多个probe,然后把变量分别放到不同的probe;或者生成一个probe,将多个变量聚合到这一个proble里面。下面的方式都是可行的。
多种设置probe探针的方式:

接下来,我们重新综合-implement-烧录程序到FPGA开发板上。

可以直接设置触发的条件:
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点击启动,就可以发现波形停留在了led_r ==4的位置。这个就是从开发板上实际获取的波形。
图片描述

还可以将波形图导出,方便后续分析:

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`timescale 1ns / 1ps
//////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
// Company:
// Engineer:
//
// Create Date: 2023/03/17 17:14:24
// Design Name:
// Module Name: flow_led_demo
// Project Name:
// Target Devices:
// Tool Versions:
// Description:
//
// Dependencies:
//
// Revision:
// Revision 0.01 - File Created
// Additional Comments:
//
//////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
 
 
module flow_led_demo#(
parameter T_INR_CNT_SET = 32'd999_999_999                     
)                                                              
(                                                              
 input          sysclk_p,                                     
 input          rstn_i,                                        
 output [3:0]   led_o                                          
);
 
reg [3:0] led_r;                                               
reg[24:0] t_cnt;
 
assign led_o = led_r;                                          
 
always @(posedge sysclk_p or negedge rstn_i)begin
    if(rstn_i==1'b0)                                           
       t_cnt <= 0;
    else if(t_cnt == T_INR_CNT_SET)                           
       t_cnt <= 0;
    else
       t_cnt <= t_cnt + 1'b1;                                    
end
 
always @(posedge sysclk_p or negedge rstn_i) begin                
    if(rstn_i==1'b0)
        led_r <= 4'b1000;                                        
    else if( t_cnt == 0)                                         
        led_r <= {led_r[0],led_r[3:1]};                          
end
 
endmodule
`timescale 1ns / 1ps
//////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
// Company:
// Engineer:
//
// Create Date: 2023/03/17 17:14:24
// Design Name:
// Module Name: flow_led_demo
// Project Name:
// Target Devices:
// Tool Versions:
// Description:
//
// Dependencies:
//
// Revision:
// Revision 0.01 - File Created
// Additional Comments:
//
//////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
 
 
module flow_led_demo#(
parameter T_INR_CNT_SET = 32'd999_999_999                     
)                                                              
(                                                              
 input          sysclk_p,                                     
 input          rstn_i,                                        
 output [3:0]   led_o                                          
);
 
reg [3:0] led_r;                                               
reg[24:0] t_cnt;
 
assign led_o = led_r;                                          
 
always @(posedge sysclk_p or negedge rstn_i)begin
    if(rstn_i==1'b0)                                           
       t_cnt <= 0;
    else if(t_cnt == T_INR_CNT_SET)                           
       t_cnt <= 0;
    else
       t_cnt <= t_cnt + 1'b1;                                    
end
 
always @(posedge sysclk_p or negedge rstn_i) begin                
    if(rstn_i==1'b0)
        led_r <= 4'b1000;                                        
    else if( t_cnt == 0)                                         
        led_r <= {led_r[0],led_r[3:1]};                          
end
 
endmodule
 
 
 
 
 
`timescale 1ns / 1ps
//////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
// Company:
// Engineer:
//
// Create Date: 2023/03/17 17:21:05
// Design Name:
// Module Name: flow_led_demo_tb
// Project Name:
// Target Devices:
// Tool Versions:
// Description:
//
// Dependencies:
//
// Revision:
// Revision 0.01 - File Created
// Additional Comments:
//
//////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
 
 
module flow_led_demo_tb();
 
reg sysclk_p,rstn_i;     
wire [3:0]  led_o;       
 
flow_led_demo#
(
.T_INR_CNT_SET(1000)      
)
run_led_inst(
 .sysclk_p(sysclk_p),     
 .rstn_i(rstn_i),         
 .led_o(led_o)            
);
 
initial begin
   sysclk_p  <= 1'b0;    
   rstn_i    <= 1'b0;    
   #100;                 
   rstn_i    <= 1'b1;    
end
 
always #20 sysclk_p=~sysclk_p;   
 
 
 
endmodule
`timescale 1ns / 1ps
//////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
// Company:
// Engineer:

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最后于 2023-3-17 20:14 被二当家a编辑 ,原因:
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