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--- top190520 [2019/05/20 07:39]
gongyu 创建
+++ top190520 [2019/05/21 14:35] (当前版本)
gongyu
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 #### 今日推荐：RISC-V在FPGA系统上的移植和功能演示扩展板
+---
+项目参与人员及分工：
+  * 谢凡
+  * 复旦大学硕士研究生[[page_kaili.lu|卢凯丽]]
+  * 复旦大学博士后[[page_ziyu.guo|郭子钰]]
+  * 西交利物浦大学大4学生[[page_zhenbang.liu|刘振邦]]
+{{ :ihhdnljbstse6zxeusmw9a.jpg |}}
+{{:lkl笔记.docx|}}
+### 项目需求
+---
+#### 功能要求
+本项目的内容是在STEP CYC10开发板上移植和仿真Reindeer RISC-V CPU软核。将软核移植到FPGA平台上既可以在FPGA里面灵活地设计底层电路，又能够利用像Arduino一样的开发环境快速地开发应用程序。熟悉已有的STEP MAX10 + FP51软核移植方案中，FLASH，RAM，OCD之间的通信机制。
+.在扩展板上增加FLASH模块：搭载RISC-V软核的Intel Cyclone 10 FPGA芯片没有包含DRAM和FLASH，目前板上已有SDRAM，还没有FLASH，项目的目标是实现FLASH中代码的存放和Boost功能。
+.基于STEP CYC10功能扩展板增加外设模块：a.使用一个距离传感器，实现当有人进入感应范围时，随着距离的变化，使得LED灯的亮度也随之发生变化；b.在LCD显示屏上显示一张图片。
+{{ :undefined:day3fangan.jpg?1500 |}}
+#### 性能要求
+ * 通过以上的功能来进行RISC－V系统在FPGA上的功能演示
+ * 可以根据距离的远近控制LED灯的亮度
+ * 可以在LCD屏上显示特定的图片
+ * 熟悉Makefile for RISC-V
+ *（sketch for DRAM test）
+#### 资源要求
+ * 其他的LCD、LED、ADC、DAC、距离传感器均使用公司已有器件
+#### 进度要求
+ * 第一周：熟悉STEP CYC10开发板相关内容；选择合适的SPI-FLASH以及相关的外设元器件；熟悉Reindeer RISC-V软核的Makefile；
+ * 第二周：学习PCB的设计以及FPGA相关知识；完成PCB板设计；阅读FP51 OCD、RAM、FLASH数据传输相关代码。
+ * 第三周：学习Verilog语法以及System Verilog语法；编程设计FLASH-SDRAM接口，实现程序的存放和Boost功能；编写程序实现以上外设模块的相应功能。
+ * 第四周：继续修改；项目总结。
+#### 成本要求
+* 新增FLASH价格：1.25元
+#### 其它要求
+### 项目方案
+---
+#### 方案综述：
+目前RISC-V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RAM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文件存放到到外部的FLASH中。
+目前STEP CYC10开发板上已经在FPGA片外实现了SDRAM，片内的OCD模块将RISC-V的运行程序烧录到SDRAM，如前文所述，如果SDRAM下电，那么RISC-V的运行程序就丢失了。本项目的第一项任务是将RISV-V的代码经SDRAM存入外部FLASH，该任务实现之后，代码在板子下电之后也不会被擦除。
+目前STEP CYC10开放板上的Boost是通过OCD模块实现，从串口读入SDRAM。本项目的第二项任务是设计FLASH Boost电路，该任务实现之后，SDRAM可以从FLASH Boost将代码送入软核运行。
+{{ :undefined:11.jpg?1500 |}}
+在完成代码下电不擦除的功能之后，继续完成扩展板上的功能设计，这是本项目的第三项任务。扩展板上的预置模块如上图所示，主要演示的内容包括：1. 根据距离传感器的反馈输出PWM信号调节LED灯的亮暗；2. 在LCD屏上显示图片。还预留了PWM+电机、ADC、DAC的位置。板子上的器件除了FLASH和ADC/DAC，均参考MiCOKit扩展版上的器件，具体尺寸参照器件文档（目前还没找到），需要注意的是LCD需要开槽将引脚引到背面。ADC/DAC的器件选用公司已有器件{{:undefined:micokit-samg55原理图及生产资料.zip|}}。FLASH器件的参数如下所示
+| 名称  | 型号 | 存储空间 | 电压 | 封装 | 大小 | 链接 |
+| Flash | M25P32-VMW6TG | NA | 3.3V | 8 PIN SOP | 150mil body width | NA |
+| 距离传感器 | APDS-9901 (micokit拓展板已有) | NA | 2.5V | LGA8 | 2.6 mm x 2.2 mm x 0.55 mm | NA |
+| 小电机 | LX0610C（DIGIKey没有,micokit拓展板已有） | NA | 3V | 6 x 10mm | NA | NA |
+| ADC | ADS930 | NA | 2.7-5.25V | SSOP | 0.209",5.30mm宽 | [1](www.ti.com.cn/zh-cn/data-converters/adc-circuit/products.html?pqs=paqs&familyid=390#p84=8;8&p157max=20.000015) |
+| 运放 | AD8061 | NA | 3V | SC-74A，SOT-753  | 6 x 10mm | [2](www.mouser.com/datasheet/2/609/AD8061_8062_8063-1502303.pdf) |
+{{ :b.jpg?800 |}}
+{{ :undefined:c1.png?1200 |}}
+#### 关键元器件：
+ * SPI-FLASH
+ * LCD显示屏
+#### 实施计划：
+### 项目答辩
+---
+#### 项目进展
+. 完成原理图和PCB
+目前的扩展板上包含有SPI FLASH、R2R电阻网络DAC+运放、运放+ADC、距离传感器、LCD屏幕、4个GPIO引脚、2个PWM引脚、2对UART引脚、2个3.3v电压引脚、3个接地引脚。
+ 版本1：
+   正面图  {{:undefined:正面.png?500|}}
+ 背面图  {{:undefined:背面.png?500|}}
+ 版本2：
+正面图 {{ :1557883004_1_.png?500 |}}
+D图   {{ :1557903367_1_.png?500 |}}
+建议后续改进：扩展板上应该加上LED灯，方便程序调试。
+.BOM表：{{:riscv_final_board.xlsx|}}
+.完成了DAC、ADC、距离传感器、FLASH的FPGA验证
+FLASH验证方案：对于FLASH内部的STATUS REGISTER进行读写操作。STATUS REGISTER中的bit4、bit3、bit2是SECTOR擦除保护控制位，可读可写。本项目选用的M25P32器件采用4线SPI，在时钟的上升沿从外部读取数据，在时钟的下降沿准备输出数据。控制命令采用“控制字+数据字节”的形式，共有13个控制命令。验证用到了WRITE ENABLE、WRITE STATUS REGISTER、READ STATUS REGISTER这三条命令。WRITE ENABLE是写使能。只有写使能执行之后才能执行WRITE STATUS REGISTER，该命令将STATUS REGISTER中的bit2、bit3、bit4置为100。READ STATUS REGISTER让FPGA读取STATUS REGISTER中的bit4、bit3、bit2的值，并将其接到LED的引脚输出。按键朝右边掰触发写，按键朝左掰触发读，最终LED[1:0]亮，LED[3]不亮，符合预期。
+{{:undefined:控制命令.png?500|}}
+{{:undefined:flash验证.mp4|}}
+验证距离传感器（点击下图）
+{{:undefined:juli.gif?300|}}
+.了解了FPGA+软核（8051，RISC-V）+高级语言编程的操作流程
+参考
+ [[http://note.youdao.com/noteshare?id=4f082b50248c1e0f916f59e5a006297a|RISC-V软核-Reindeer_step调试笔记]]
+在软核wishbone总线上增加PWM外设，经过跑通流水灯完成验证。
+在软核wishbone总线上增加LCD模块，完成刷屏输出。
+ {{:4f1d740666c1b9b685430efa24056f81.mp4|}}
+...更新中...
+#### 设计文件
+  * PCB版本1：郭子钰：[[https://pan.baidu.com/s/1XnYNHuOvZgiECSqdgCkS5w |原理图+PCB 提取码5n4p]]，{{:undefined:demo9_key_debounce.zip|flash验证代码}}
+  * PCB版本2：卢凯丽：原理图  {{:task3_5_13.pdf|}}
+#### 遇到的问题和解决过程
+. 一开始对Flash片选引脚S#的功能不清楚，在原理图中直接接了低电平。但是S#其实是个控制信号，需要产生上升沿和下降沿，因此直接把它接到低电平是错误的，flash将无法工作。后来将芯片的引脚掰直，用杜邦线连接到GPIO2引脚，对齐进行电平控制。
+. 对RISC-V软核理解还不够深入。目前把工具链熟悉了，后面通过读代码，改代码来加深理解。
+### 项目参考资料
+---
+#### 学习顺序
+  - 熟悉Intel Cyclone FPGA、Quartus Prime软件(Lattice MXO2 FPGA、Diamond软件)及FPGA设计流程
+  - 熟悉STEP CYC10开发板硬件资源
+  - 操作一遍FPGA + Arduino + 软核这种开发方式，[[http://www.stepfpga.com/doc/reindeer_step|在小脚丫FPGA板上玩转开源农场（FARM）——FPGA+Arduino+RISC-V+Make]]
+  - 看RISC-V相关资料，了解Reindeer_Step软核内部结构，对比FP-1T 8051软核，[[http://www.stepfpga.com/doc/fpga_arduino_8051|基于FPGA使用Arduino编程的8051软核FP51-1T]]，主要参考外设IP
+  - 尝试修改Reindeer_Step外设并测试
+  - 尝试修改Reindeer Arduino IDE固件并测试
+  - 分工：
+    * RISC－V的验证和仿真的改进
+    * 设计基于STEP CYC10的功能扩展板以演示RISC-V系统
+    * sketch for DRAM test
+    * Makefile for RISC-V
+#### FPGA相关资源
+##### 硬件平台
+  - STEP FPGA核心板
+  - STEP CYC10开发板
+##### 参考文档
+  * RISC-V
+    - Reindeer RISC-V CPU软核[[https://github.com/PulseRain/Reindeer|Reindeer]]及[[https://github.com/PulseRain/Reindeer_Step|Reindeer_Step]]
+    - RISC-V from Wikipedia (https://en.wikipedia.org/wiki/RISC-V)
+    - JEDEC from Wikipedia (https://en.wikipedia.org/wiki/JEDEC)
+  * Reindeer RISC-V CPU移植
+    - [[http://www.stepfpga.com/doc/reindeer_step|在小脚丫FPGA板上玩转开源农场（FARM）——FPGA+Arduino+RISC-V+Make]]
+    - [[http://www.stepfpga.com/doc/fpga_arduino_8051|基于FPGA使用Arduino编程的8051软核FP51-1T]]
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+关于硬禾实战营研究生技能培训更多的实战项目信息，参见[[handsontraining|硬禾实战营研究生技能培训项目第一期]]