基于FPGA的MicroBlade串口設(shè)計(jì)

MicroBlade 處理器軟核 IP是實(shí)現(xiàn)基于 RISC-V（Reduced Instruction Set Computer，精簡(jiǎn)指令集計(jì)算機(jī)）指令集架構(gòu)的 32 位處理器軟核，支持 RV32IM 指令集，支持 AXI4-Lite 接口，用于簡(jiǎn)化 FPGA 中復(fù)雜的控制邏輯。

MicroBlade 處理器軟核框架如下圖所示：

MicroBlade 串口設(shè)計(jì)，開(kāi)發(fā)板實(shí)現(xiàn)使用的是億海神針系列EQ6HL45型FPGA。

本篇通過(guò)原理圖設(shè)計(jì)，學(xué)習(xí)MicroBlade基本結(jié)構(gòu)，通過(guò)創(chuàng)建簡(jiǎn)單的MicroBlade工程，實(shí)現(xiàn)MicroBlade調(diào)用AXI Uartlite模塊和AXI GPIO模塊，完成串口打印功能，掌握在模塊化設(shè)計(jì)中，MicroBlade最小系統(tǒng)的組成，學(xué)會(huì)導(dǎo)出、建立以及運(yùn)行基于SDK的工程。獲取本篇相關(guān)源工程代碼，可在公眾號(hào)內(nèi)回復(fù)“MicroBlade串口設(shè)計(jì)源工程”，提供下載路徑。

設(shè)計(jì)原理

本系統(tǒng)中的MicroBlade模塊通過(guò)AXI Lite總線(xiàn)與AXI Uartlite IP和AXI GPIO IP進(jìn)行通信，完成led指示燈的狀態(tài)改變以及串口打印功能。

操作步驟

基于GUI界面創(chuàng)建工程

1創(chuàng)建新的工程項(xiàng)目

1）雙擊桌面圖標(biāo)打開(kāi)eLinx3.0；

2）點(diǎn)擊Create Project，或者單擊File>New Project創(chuàng)建工程文件；

3）將新的工程項(xiàng)目命名TEST_MICROBLADE，選擇工程保存路徑，勾選Create project subdirectory，創(chuàng)建一個(gè)新的工程文件夾，點(diǎn)擊Next繼續(xù)；

4）選擇新建一個(gè)RTL工程，由于本工程無(wú)需創(chuàng)建源文件，故將Do not specify sources at this time(不指定添加源文件)勾選上。點(diǎn)擊 Next繼續(xù)；

5）選擇目標(biāo)FPGA器件：

Family:eHiChip6

Package:CSG324

Available devices: EQ6HL45

6）最后在新工程總結(jié)中，檢查工程創(chuàng)建是否有誤。沒(méi)有問(wèn)題，則點(diǎn)擊Finish，完成新工程的創(chuàng)建。

2創(chuàng)建原理圖，添加IP，進(jìn)行原理圖設(shè)計(jì)

1）在Flow Navigator下，展開(kāi)IP INTEGRATOR，選擇Create Block Design創(chuàng)建新的原理圖設(shè)計(jì)；

2）將新的設(shè)計(jì)命名為design1；

3）在Diagram中添加MicroBlade IP；

4）添加完成后如下圖所示，點(diǎn)擊Run Block Automation；

在彈出窗口中，使用以下設(shè)置替換默認(rèn)設(shè)置:

Local Memory: 64KB

Debug Module: Debug

Peripheral AXI Port: Enabled

6）完成之后，eLinx會(huì)基于之前的設(shè)置自動(dòng)生成一些額外的IP，并且會(huì)自動(dòng)連接完畢，此時(shí)不要點(diǎn)擊Run Connection Automation；

7）在Diagram中添加AXI Uartlite IP和AXI GPIO IP;

8）完成后，點(diǎn)擊Run Connection Automation，在彈出窗口中勾選所有端口，點(diǎn)擊OK繼續(xù)；

9）完成后，雙擊MicroBlade IP,打開(kāi)界面,取消勾選Enable Interrupt隱藏Interrupt端口;

10）雙擊AXI_Lite Interconnect IP,打開(kāi)界面，把master端口的數(shù)量修改為2。手動(dòng)完成AXI_Lite Interconnect IP與AXI Uartlite IP，與AXI GPIO IP的連線(xiàn);

11）雙擊AXI Uartlite IP，打開(kāi)界面，把AXI CLK Frequency修改為50（板卡晶振為50M）。單擊UART端口，引出外設(shè)IO;

12）雙擊AXI GPIO IP,打開(kāi)界面，把GPIO通道GPIO Width修改為2，勾選Enable Dual Channel，把GPIO2通道GPIO Width修改為1。點(diǎn)擊展開(kāi)GPIO端口，點(diǎn)擊gpio_io_o端口，引出外設(shè)IO;

13）完成后，點(diǎn)擊布局重置按鈕重新布局，如下圖所示：

14）Ctrl+S保存設(shè)計(jì)。

3綜合、實(shí)現(xiàn)、生成比特流文件

1）保存后，在Sources窗格中鼠標(biāo)右鍵design1，選擇Generate Output Products...，開(kāi)始BD工程綜合，如下圖所示：

2）在Sources窗格中BD文件點(diǎn)擊右鍵，選擇Create HDL Wrapper，自動(dòng)更新Sources列表，同時(shí)工程沒(méi)有頂層，則自動(dòng)設(shè)置為頂層;

3）在界面上方工具欄中，選擇Toos>Settings…在彈出的界面中點(diǎn)擊Synthesis欄，取消勾選Post_Synthesis Netlist Optimizing;

4）完成后繼續(xù)點(diǎn)擊Flow Navigator中的SYNTHESIS欄中的Run Synthesis進(jìn)行工程綜合；

5）綜合結(jié)束后在界面上方工具欄中，選擇Toos >I/O Planning編輯管腳指定；

6）完成后在SYNTHESIS欄中點(diǎn)擊Edit Timing Constraints添加2個(gè)時(shí)序約束后保存；

7）完成后繼續(xù)點(diǎn)擊左側(cè)Run Implemenation按鈕進(jìn)行布局布線(xiàn)編譯實(shí)現(xiàn)；

8）在PROGRAM AND DEBUG欄點(diǎn)擊Generate Bitstream。連接開(kāi)發(fā)板，完成后點(diǎn)擊Open target啟動(dòng)Programmer下載碼流。下載成功后默認(rèn)狀態(tài)為led1和led2交替閃爍。

4導(dǎo)出SDK并啟動(dòng)

1）在頂部工具欄中，選擇File>Export>Export Hardware導(dǎo)出硬件工程到SDK；

2）在工具欄中，選擇File>Launch SDK，使用默認(rèn)工程，啟動(dòng)SDK；

3）啟動(dòng)SDK后，如下界面，點(diǎn)擊Create a project,彈出如下界面：

4）選擇New Application->Application project,輸入工程名helloworld，依次默認(rèn)配置點(diǎn)擊Finish完成創(chuàng)建；

5）工程屬性無(wú)需配置，工程中集成了例程，如下圖：

6）構(gòu)建。構(gòu)建成功后左側(cè)生成Debug文件夾

7）進(jìn)行上板運(yùn)行

a）在工程名稱(chēng)上點(diǎn)擊右鍵，彈出界面選擇run as

b）點(diǎn)擊后彈出如下界面，在GDB OpenOCD Debugging按鈕雙擊即可

c）完成后，點(diǎn)擊run可開(kāi)始板卡聯(lián)調(diào)，成功如下圖所示：

5）連接串口。選擇SDK界面下方的Terminal窗口，點(diǎn)擊下圖的按鈕

6）在彈出窗口中，進(jìn)行如下配置：

7）點(diǎn)擊OK后，點(diǎn)擊EQ6HL45板卡上的復(fù)位按鈕(F2)，Terminal界面出現(xiàn)了’Hello RISC-V World’字樣。

中科億海微

中科億海微電子科技（蘇州）有限公司，是中國(guó)科學(xué)院“可編程芯片與系統(tǒng)”研究領(lǐng)域的科研與產(chǎn)業(yè)化團(tuán)隊(duì)，按照國(guó)家創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展戰(zhàn)略，發(fā)起成立的以“可編程邏輯芯片與可重構(gòu)系統(tǒng)”為技術(shù)特色的高新技術(shù)企業(yè)。公司堅(jiān)持全正向設(shè)計(jì)技術(shù)路線(xiàn)，自主研制具有高可靠性的嵌入式可編程電路IP核、可編程邏輯芯片、EDA軟件與可重構(gòu)系統(tǒng)，提供具有高性能和自適應(yīng)計(jì)算的行業(yè)解決方案和集成電路設(shè)計(jì)服務(wù)，具有較完善的知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)體系。

審核編輯：湯梓紅