如何在HLS中描述數(shù)字時鐘？

緒論

該項目的目標是展示 HLS 在設計數(shù)字系統(tǒng)方面的能力。為此，本文展示如何在 HLS 中描述數(shù)字時鐘。

時鐘在 7 段數(shù)碼管上顯示小時、分鐘和秒。

它有兩種操作模式：時鐘和設置。時鐘模式是標準模式，在此模式下，當前時間顯示在數(shù)碼管上。在設置模式下，可以使用按鈕設置時間。

下圖顯示開發(fā)板上的時鐘配置。

如下圖所示，該設計主要分為三個模塊：秒時鐘發(fā)生器、數(shù)字時鐘引擎和顯示驅動。

下面的流水線循環(huán)用于實現(xiàn)秒時鐘發(fā)生器。

booldelay(longlongintn){
#pragmaHLSINLINEoff
staticbooldummy=0;
for(longlongintj=0;j

	

	數(shù)字時鐘引擎主要是跟蹤小時、分鐘和秒，并在收到來自秒時鐘發(fā)生器模塊的時鐘節(jié)拍時更新它們。以下代碼完成上訴功能。

	
voiddebounce(boolpulse,bool&out){
#pragmaHLSINLINEoff
staticboolout0=0;
staticboolout1=0;
staticboolout2=0;
staticboolstate=0;
if(state==0){
out2=out1;
out1=out0;
out0=pulse;
state=1;
}else{
delay(2500000);
state=0;
}
out=out0&out1&out2;
}
voidset_time(
ap_uint<6>&seconds,
ap_uint<6>&minutes,
ap_uint<5>&hours,
boolset_second,
boolset_minute,
boolset_hour)
{
//--------------------------------------------------
staticboolsecond_state=0;
if(second_state==0&&set_second==1){
seconds++;
if(seconds==60){
seconds=0;
}
second_state=1;
}
if(second_state==1&&set_second==0){
second_state=0;
}
//---------------------------------------------------
staticboolminute_state=0;
if(minute_state==0&&set_minute==1){
minutes++;
if(minutes==60){
minutes=0;
}
minute_state=1;
}
if(minute_state==1&&set_minute==0){
minute_state=0;
}
//----------------------------------------------------
staticboolhour_state=0;
if(hour_state==0&&set_hour==1){
hours++;
if(hours==24){
hours=0;
}
hour_state=1;
}
if(hour_state==1&&set_hour==0){
hour_state=0;
}
//----------------------------------------------------
}
voidclock_ticking(
ap_uint<5>&hours,
ap_uint<6>&minutes,
ap_uint<6>&seconds)
{
seconds++;
if(seconds==60){
seconds=0;
minutes++;
if(minutes==60){
minutes=0;
hours++;
if(hours==24)
hours=0;
}
}
}
voiddigital_clock(
boolset_time_sw,
bool&set_time_led,
boolset_second,
boolset_minute,
boolset_hour,
boolone_second_delay,
ap_uint<6>&seconds_out,
ap_uint<6>&minutes_out,
ap_uint<5>&hours_out
)
{
#pragmaHLSINTERFACEap_noneport=set_time_sw
#pragmaHLSINTERFACEap_noneport=set_time_led
#pragmaHLSINTERFACEap_noneport=set_minute
#pragmaHLSINTERFACEap_noneport=set_hour
#pragmaHLSINTERFACEap_noneport=seconds_out
#pragmaHLSINTERFACEap_noneport=minutes_out
#pragmaHLSINTERFACEap_noneport=hours_out
#pragmaHLSINTERFACEap_ctrl_noneport=return
staticap_uint<6>seconds=0;
staticap_uint<6>minutes=0;
staticap_uint<5>hours=0;
ap_uint<8>segment_data;
ap_uint<8>segment_enable;
staticboolstate_clock=0;
boolone_second=one_second_delay;
boolset_time_flag=set_time_sw;
if(one_second==1&&set_time_flag==0&&state_clock==0){
clock_ticking(hours,minutes,seconds);
state_clock=1;
}
if(one_second==0&&set_time_flag==0&&state_clock==1){
state_clock=0;
}
if(set_time_flag==1){
boolset_minute_debounce;
boolset_hour_debounce;
boolset_second_debounce;
debounce(set_minute,set_minute_debounce);
debounce(set_hour,set_hour_debounce);
debounce(set_second,set_second_debounce);
set_time(seconds,minutes,hours,set_second_debounce,set_minute_debounce,set_hour_debounce);
}
seconds_out=seconds;
minutes_out=minutes;
hours_out=hours;
set_time_led=set_time_sw;
}


	

	最后一個 HLS 代碼在 7 段數(shù)碼管上顯示當前時間。

	
#include
constap_uint<8>seven_segment_code[10]={
0b11000000,
0b11111001,
0b10100100,
0b10110000,
0b10011001,
0b10010010,
0b10000010,
0b11111000,
0b10000000,
0b10010000
};
booldelay(longlongintn){
#pragmaHLSINLINEoff
staticbooldummy=0;
for(longlongintj=0;jhours,
ap_uint<6>minutes,
ap_uint<6>seconds,
ap_uint<8>&seven_segment_data,
ap_uint<8>&seven_segment_enable)
{
#pragmaHLSINTERFACEap_noneport=hours
#pragmaHLSINTERFACEap_noneport=minutes
#pragmaHLSINTERFACEap_noneport=seconds
#pragmaHLSINTERFACEap_noneport=seven_segment_data
#pragmaHLSINTERFACEap_noneport=seven_segment_enable
#pragmaHLSINTERFACEap_ctrl_noneport=return
ap_uint<4>second_digit_1=seconds%10;
ap_uint<4>second_digit_2=seconds/10;
ap_uint<4>minute_digit_1=minutes%10;
ap_uint<4>minute_digit_2=minutes/10;
ap_uint<4>hours_digit_1=hours%10;
ap_uint<4>hours_digit_2=hours/10;
ap_uint<8>segment_data;
ap_uint<8>segment_enable;
staticap_uint<3>state=0;
switch(state){
//second
case0:
segment_data=seven_segment_code[second_digit_1];
segment_enable=0b11111110;
delay(250000L);
state=1;
break;
case1:
segment_data=seven_segment_code[second_digit_2];
segment_enable=0b11111101;
state=2;
delay(250000L);
break;
//minutes
case2:
segment_data=seven_segment_code[minute_digit_1];
segment_enable=0b11110111;
state=3;
delay(250000L);
break;
case3:
segment_data=seven_segment_code[minute_digit_2];
segment_enable=0b11101111;
state=4;
delay(250000L);
break;
//hours
case4:
segment_data=seven_segment_code[hours_digit_1];
segment_enable=0b10111111;
state=5;
delay(250000L);
break;
case5:
segment_data=seven_segment_code[hours_digit_2];
segment_enable=0b01111111;
state=0;
delay(250000L);
break;
default:
segment_data=seven_segment_code[0];
segment_enable=0b11111111;
state=0;
delay(250000L);
break;
}
seven_segment_data=segment_data;
seven_segment_enable=segment_enable;
}


	

	綜合這些代碼后，使用 Vivado 工具將它們連接在一起并生成 FPGA 比特流。

	

	對電路板編程后，可以看到下圖：

	

	




	審核編輯：劉清