差别

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--- fpga项目_使用arduino玩转fpga [2018/04/02 11:30]
group003 [步骤1：获取PulseRain FP51-1T MCU软核]
+++ fpga项目_使用arduino玩转fpga [2019/10/03 22:46] (当前版本)
gongyu [步骤5：定制自己的硬件外设]
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 我们知道在MCU(Microcontroller Unit)中运行的是CPU硬核，比如Intel的8051核，ARM的Cortex-M核，Arduino板上用的AVR核等，各大半导体厂商在CPU Core的基础上集成了各种各样的外设模块，以适用于不同的应用需求。用户需要关心的就是这款MCU有哪些资源，寄存器如何配置。如果我想根据自己的应用需求来定制一款MCU，但是半导体厂商又不理我怎么办呢？办法总是有的，那就回到MCU出生之前的状态。通过将处理器内核移植到FPGA中，使用FPGA内部的逻辑资源和存储资源来构建一个软MCU，再通过内部总线挂载需要的外设电路就构成了一个定制化的MCU，我们称之为软核。 \\
 ====软核中的野马战斗机——FP51-1T====
 目前，在FPGA中移植软核已经是一种常见的做法，但是大多数MCU软核都是FPGA厂商定制的，比如Altera的Nios II、Xilinx的MicroBlaze和Lattice的MICO32/MICO8，这些软核并不完全开源并且对用户做了诸多限制。国外有一家名叫PulseRain Technology的公司开发并开源了一款高性能的MCU软核[[https://www.pulserain.com/fp51|FP51-1T]]，该软核虽然基于8位的8051体系，但是它巧妙地实现了RISC架构，并且优化了指令集，大部分指令都可以单时钟周期实现，主频可以飙到100MHz以上，以二战时彪悍的野马战斗机P51来命名这款软核再合适不过了。 \\
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 现在FP51-1T已经成功移植到STEP-MAX10开发板并且提供了Arduino板卡支持包。 \\
 下面我们使用STEP FPGA开发板来体验一下这个神奇的操作吧！
 =====使用Arduino开发STEP-MAX10 FPGA=====
 ====准备工作====
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   * Intel Quantus Prime软件
   * Arduino IDE
 ===准备1:STEP-MAX10 FPGA开发板 — FPGA型号Intel MAX10-08系列===
 STEP-MAX10是小脚丫FPGA系列中基于Intel/Altera公司的FPGA芯片MAX10M08的FPGA开发板，它同样也采用了DIP40封装，小巧、携带方便，板载资源也是十分丰富，包含:
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 <WRAP centeralign> **小脚丫STEP-MAX10实物图片** </WRAP>
 ===准备2:Intel Quantus Prime软件===
 Quartus Prime是Altera被Intel收购之后推出的免费、强大的设计软件，包括了从设计输入到综合直至优化、验证以及仿真等各个阶段所需的一切功能。Quartus Prime Lite是大批量器件系列的理想设计工具，可以免费下载使用。
 Quartus Prime下载安装、使用☞:  [[Quartus Prime]]
 ===准备3:Arduino IDE软件===
 Arduino是一款便捷灵活、方便上手的开源电子原型平台，包含硬件（各种型号的Arduino板）和软件（Arduino IDE)两大核心部分。Arduino IDE基于processing IDE开发，对于初学者来说极易掌握，同时有足够的灵活性。Arduino语言是基于wiring语言开发的，是对 avr-gcc库的二次封装，不需要太多的单片机基础和编程基础，只需简单学习后，你就可以快速的进行开发。 \\
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 进入该目录 \\
- **git  submodule  update  --init  --recursive** \\
+ **git  submodule  update  - - init   - - recursive** 注意init和recursive前面是两个 - \\
 更新所有的submodules  \\
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   * 36个用户可扩展I/O，这36个可扩展I/O可以与底板外设连接
 底板外设模块如下图所示： \\
 {{:: 底板外设接口图.png?360 |底板外设接口}}
 {{:db.png?650|}}
-<WRAP centeralign>**step_base_board_demo模块划分**</WRAP>
+<WRAP centeralign> **step_base_board_demo模块划分** </WRAP>
 直接从GitHub上clone的项目已默认编译，使用Micro USB数据线连接PC和开发板后，使用Quartus Prime软件可以直接下载到STEP-MAX10芯片。 \\
 {{ ::stepmax10编译结果.png?440 |}}
 如果不熟悉Quartus prime的使用可以先学习这里的上手教程[[quartus_prime的使用]]。 \\
 如果不熟悉FPGA的开发可以先学习入门教程[[step-max10入门教程]]。 \\
 ====步骤2：Arduino IDE安装板卡支持包和软件库====
-===1_安装板卡支持包===
+===1.安装板卡支持包===
 Arduino IDE可以支持第三方板子的开发，但是需要安装第三方板卡的支持包。 \\
 打开Arduino IDE，打开 **文件**——**首选项**——**附加开发板管理器网址**，添加如下链接: \\
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 该BSP主要包括三部分：FP51 Core、[[http://sdcc.sourceforge.net/|SDCC]] Compiler和Target Downloade Tools
-===2_安装软件库===
+===2.安装软件库===
 Arduino之所以开发简单快速，是因为Arduino官方和众多的开源硬件爱好者贡献了大量的应用软件库，对于常见外设接口或模块的软件库都可以从网上下载到，而且能非常方便的嵌入到我们的程序中。\\
 PulseRain 为FT51-1T MCU提供了常用外设接口的软件库如I2C,microSD，CODEC，PWM，ESP8266等，而且有详细的文档说明 ☞[[https://www.pulserain.com/m10 |]]。 \\
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 <WRAP centeralign>**Arduino中安装库文件**</WRAP>
 用户在程序中如果需要用到某个库，只需要在**项目**——**加载库**，选择相应的库，即可将该库的头文件包含到应用程序中。
 ====步骤3：在Arduino IDE中开发应用程序====
 在Arduino IDE **工具**一栏，选择 **开发板**为**StepFPGA M10**， 搭建好软硬件环境，我们可以开始开发自己的应用程序了，这里我们编写一段应用程序实现以下功能：
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 这里建议用户在Preferences对话框 (菜单File / Preferences) 中打开"Show Verbose Output"选项，这样信息栏中会给出详细的编译结果。 \\
 {{::fp51arduino编译结果.png?500|}}
 ====步骤4：配置软核到STEP-MAX10 FPGA开发板====
-===串口一键下载===
+===1.串口一键下载===
 Arduino开发板之所以能够使用串口实现一键下载，是因为在主控制器内部有Bootloader，而在我们的软核内部没有使用软件bootloader，而是在软核中嵌入了OCD (onchip debugger)模块，相当于MCU内部的硬件BOOT模块，通过外接串口同样可以实现串口一键下载。只不过程序下载到FPGA内部的SRAM区，掉电数据会丢失，如果想程序掉电不丢失还是需要将Arduino IDE 生成的.hex文件通过Quatus prime烧录到MAX10内部的Flash区。 \\
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 <WRAP centeralign>**Arduino中开发STEP-MAX10 FPGA演示效果**</WRAP>
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-===片上闪存的配置(Onchip Flash Memory)===
+===2.片上闪存的配置(Onchip Flash Memory)===
 Step FPGA M10采用Single Compressed Image设置, 在该设置下, 其片上闪存的地址如下图所示:
-{{:max10闪存配置.png?400|}} \\
+{{ :max10闪存配置.png |}} \\
 在上图所示的4个分区中, 分区1和2一共有32KB, 被用来存放代码。 PulseRain FP51-1T MCU的缺省配置有32KB Instruction RAM和8KB Data RAM. 分区1和2 正好和FP51-1T MCU的 Instruction RAM 大小相对应.在上电启动时，source / code_mem_power_on_loader.sv 会把用户的代码从闪存分区1和2载入到Instruction RAM 中并执行。 \\
 闪存分区3目前被用来存放LOGO图片，该图片可以在LCD上显示。STEP Base Board自带的LCD有132 x 162的分辨率。这里建议用户存放一个大小为128 x 154的真彩图片在这个分区。 \\
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 当用户用Arduino IDE 编译Sketch以后，可以把Arduino生成的.hex 文件的最后一行删除，并与bitmap.hex合并，并将合并后的文件命名为synth/output_files/ufm.hex。 \\
 这样在生成FPGA Image时，ufm.hex 会被自动包含在最后生成的Image里面。
-===烧录程序到MAX10 FPGA内部Flash===
+===3.烧录程序到MAX10 FPGA内部Flash===
 用户可以用Intel Quartus Prime打开synth / Mustang_fast.qpf , 并点击"Start a new compilation", \\
 Mustang project 内含一个叫post_flow.tcl的script.这个script会自动做文件合成与转换.  \\
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 **GitHub\step_fpga\submodules\PulseRain_FP51_MCU\submodules\PulseRain_rtl_lib\LCD** 下面的那些文件 \\
 \\
 . 给新增加的外设分配SFR 地址, 地址分配见 \\
 \\
 **GitHub\step_fpga\submodules\PulseRain_FP51_MCU\common\SFR.svh** \\
 **parameter unsigned [DATA_WIDTH - 1 : 0] LCD_CSR_ADDR = 8'hC1;** \\
 **parameter unsigned [DATA_WIDTH - 1 : 0] LCD_DATA_ADDR = 8'hC2;** \\
 \\
 . 更改 **GitHub\step_fpga\submodules\PulseRain_FP51_MCU\peripherals\peripherals.sv** \\
 \\
 把新外设增加到**Peripheral bus** 上. 由于新的外设增加了新的管脚, 所以除了**peripherals.sv** 之外, \\
 \\
 **GitHub\step_fpga\submodules\PulseRain_FP51_MCU\source\PulseRain_FP51_MCU.sv** 和 \\
 \\
 **GitHub\step_fpga\source\Mustang_fast.sv** 也要相应修改, 在**port list** 中增加管脚. 比如 \\
 \\
 **output wire LCD_BL,**  \\
-**output wire LCD_DAT_CMD,** \\
+**output wire LCD_DAT_CMD,** \\
 **output wire LCD_RES,**  \\
 **inout wire LCD_SDA,**  \\
 **inout wire LCD_SCL,** \\
 \\
 . 对新增的管脚做**Constrain**, 比如**Pin assignment**, **voltage level** 等 \\
 \\
 . 由于新增加了**SFR**, **Arduino** 编译器的SFR定义也要相应修改. 编译器的SFR头文件通常被安装在 \\
 \\
 **C:\Users\...\AppData\Local\Arduino15\packages\StepFPGA_M10\tools\M10_compiler\...\SDCC\include\mcs51\8051.h** \\
-\\
-====相关设计资源====
-**Copy from PulseRain Technology**
+#### 相关设计资源
   * {{::step_fpga_m10_user_guide_cn.pdf|STEP FPGA FP51-1T MCU中文用户手册 }}
-  *{{::datasheet_fp8051_1t.pdf|FP51-1T Datasheet}}
+  * {{::datasheet_fp8051_1t.pdf|FP51-1T Datasheet}}
-  *{{::pulserain_8_bit_mcu_trm.pdf|FP51-1T Technical Reference Manual}}
+  * {{::pulserain_8_bit_mcu_trm.pdf|FP51-1T Technical Reference Manual}}
-  *[[https://github.com/PulseRain/Mustang/tree/step_fpga|Repository for FPGA]]
+  * [[https://github.com/PulseRain/Mustang/tree/step_fpga|Repository for FPGA]]
-  *[[https://github.com/PulseRain/Arduino_M10_IDE/tree/step_fpga|Repository for Arduino IDE package]]
+  * [[https://github.com/PulseRain/Arduino_M10_IDE/tree/step_fpga|Repository for Arduino IDE package]]
-  *[[https://github.com/PulseRain/M10_high_speed_config_rtl|TRM for M10 High Speed Configuration]]
+  * [[https://github.com/PulseRain/M10_high_speed_config_rtl|TRM for M10 High Speed Configuration]]
-  *[[https://github.com/PulseRain|Repository for Peripherals]]
+  * [[https://github.com/PulseRain|Repository for Peripherals]]