Lab 0: Procesor Picoblaze
Wstęp
Celem ćwiczenia jest opracowanie systemu mikroelektronicznego z procesorem Picoblaze, w którym część sprzętowa realizuje dzielenie częstotliwości zegara oraz multipleksowane wyświetlanie na wyświetlaczu LED. Do zadań oprogramowania należy odczyt przycisków i w zależności od tego zwiększanie lub zmniejszanie licznika i wysłanie tej informacji na wyświetlacz LED.
1. Wersja startowa systemu z procesorem Picoblaze
W pierwszym kroku należy zrealizować uproszczony system wg schematu blokowego:
Rys. 1 Schemat blokowy wersji startowej systemu.
Zegar clk_i z oscylatora 100MHz należy podzielić tak, aby otrzymać zegar clk dla procesora Picoblaze o częstotliwości 1Hz.
Program asemblera:
LOAD sA, fE ; write initial value: 11111110
START: OUTPUT sA, 00 ; Write sA to OUT_PORT
RL sA ; rotate register sA, i.e. 11111110 -> 11111101
JUMP START ; Jump to beginning (infinite loop)
Osadzając pamięć ROM z programem w asemblerze, należy ustawić parametr generic informujący o tym, że pamięć będzie realizowana w układzie FPGA z rodziny Virtex-6 (dot. płytki Nexys7):
C_FAMILY => "V6"
Plik XDC, płytka Nexys7, wersja dla realizacji stacjonarnej i zdalnej (uwaga: należy usunąć odpowiednie linie!):
#########################################################################################
# CLOCK:
set_property -dict { PACKAGE_PIN E3 IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports {clk_i} ];
create_clock -add -name sys_clk_pin -period 10.00 -waveform {0 5} [get_ports {clk_i}];
#########################################################################################
# RESET in real lab:
set_property -dict { PACKAGE_PIN N17 IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports {rst_i} ]; # BTNC
#########################################################################################
# RESET in remote lab:
set_property -dict { PACKAGE_PIN H14 IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports {rst_i} ]; #SW0
########################################################################################
# BUTTONS in real lab:
#set_property -dict { PACKAGE_PIN P18 IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports { button_i[1] }]; # BTND
#set_property -dict { PACKAGE_PIN P17 IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports { button_i[2] }]; # BTNL
#set_property -dict { PACKAGE_PIN M17 IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports { button_i[3] }]; # BTNR
#########################################################################################
set_property -dict { PACKAGE_PIN H17 IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports { led_o[0] }]; # LED0
set_property -dict { PACKAGE_PIN K15 IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports { led_o[1] }]; # LED1
set_property -dict { PACKAGE_PIN J13 IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports { led_o[2] }]; # LED2
set_property -dict { PACKAGE_PIN N14 IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports { led_o[3] }]; # LED3
set_property -dict { PACKAGE_PIN R18 IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports { led_o[4] }]; # LED4
set_property -dict { PACKAGE_PIN V17 IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports { led_o[5] }]; # LED5
set_property -dict { PACKAGE_PIN U17 IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports { led_o[6] }]; # LED6
set_property -dict { PACKAGE_PIN U16 IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports { led_o[7] }]; # LED7
#########################################################################################
set_property -dict { PACKAGE_PIN R12 IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports { led_clk_o }]; # LED_RGB
# Voltage supply for the configuration interfaces on board:
set_property CFGBVS VCCO [current_design]
set_property CONFIG_VOLTAGE 3.3 [current_design]
#########################################################################################
Po uruchomieniu systemu, niebieska dioda LED sygnalizuje nam prqacę zegara 1Hz, a diody LD0-LD7 pokazują stan wyjścia portu OUT_PORT.
2. Wersja podstawowa systemu z procesorem Picoblaze
Wersja podstawowa (Rys.2) powinna działać wg następujących założeń:
- Zmieniamy częstotliwość zegara procesora z 1Hz na 1kHz.
- Po resecie wyświetlacz powinien wyświetlić "0000".
- Dla uproszczenia zakładamy, że regulacji podlega tylko 1 cyfra (najmniej znacząca), wyświetlana w postaci szesnastkowej.
- Naciśnięcie przycisku BTNU powinno zwiększać o 1 wyświetlaną wartość, np. "0000" -->"0001".
- Naciśnięcie przycisku BTND powinno zmniejszać o 1 wyświetlaną wartość, np. "000a" -->"0009".
- Po przepełnieniu licznik powinien się przekręcać, tj. "000f" + 1 --> "0000", "0000" - 1 --> "000f".
- Należy w podstawowym zakresie zabezpieczyć się przed drganiami przycisków oraz kontrolować puszczenie przycisków.
- Procesor Picoblaze należy taktować zegarem o częstotliwości 1 kHz.
- Reset podłączyć do przełącznika BTNC.
- Procesor Picoblaze posiada synchroniczne wejście resetu - reset następuje w przypadku wysokiego stanu na końcówce reset oraz przy wystąpieniu narastającego zbocza zegara.
3. Wersja zaawansowana systemu z procesorem Picoblaze
Wzbogacić projekt podstawowy o następujące funkcje:
- Mamy dwa tryby pracy: tryb wyświetlania i edycji.
- Standardowo wyświetlacz tylko wyświetla wprowadzone wartości bez możliwości ustawiania (tryb wyświetlania), ale po dłuższym naciśnięciu przycisku BTNR (np. przez ponad 0.5 sek.) następuje wejście do trybu edycji, gdzie możemy przyciskami BTNU i BTND zmieniać wartości cyfr. Aktualnie ustawiana cyfra powinna mrugać.
- Ustawianie wszystkich cyfr, a nie tylko jednej (przyciskami BTNL i BTNR można zmieniać, która cyfra podlega regulacji).
- Wyjście z trybu edycji - także przez dłuższe naciśnięcie przycisku BTNR.
Plik XDC do zadania, płytka Nexys A7, wersja dla realizacji stacjonarnej i zdalnej (uwaga: należy usunąć odpowiednie linie!):
#########################################################################################
# CLOCK:
set_property -dict { PACKAGE_PIN E3 IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports {clk_i} ];
create_clock -add -name sys_clk_pin -period 10.00 -waveform {0 5} [get_ports {clk_i}];
#########################################################################################
# RESET in real lab:
set_property -dict { PACKAGE_PIN N17 IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports {rst_i} ]; # BTNC
#########################################################################################
# RESET in remote lab:
set_property -dict { PACKAGE_PIN H14 IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports {rst_i} ]; #SW0
########################################################################################
# BUTTONS in real lab:
set_property -dict { PACKAGE_PIN M18 IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports { button_i[0] }]; # BTNU
set_property -dict { PACKAGE_PIN P18 IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports { button_i[1] }]; # BTND
set_property -dict { PACKAGE_PIN P17 IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports { button_i[2] }]; # BTNL
set_property -dict { PACKAGE_PIN M17 IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports { button_i[3] }]; # BTNR
#########################################################################################
# BUTTONS in remote lab:
set_property -dict { PACKAGE_PIN C17 IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports { button_i[0] }]; # BTN0
set_property -dict { PACKAGE_PIN D18 IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports { button_i[1] }]; # BTN1
set_property -dict { PACKAGE_PIN E18 IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports { button_i[2] }]; # BTN2
set_property -dict { PACKAGE_PIN G17 IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports { button_i[3] }]; # BTN3
#########################################################################################
# LED 7-SEGMENT DISPLAY:
set_property -dict { PACKAGE_PIN T10 IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports { led7_seg_o[7] }];
set_property -dict { PACKAGE_PIN R10 IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports { led7_seg_o[6] }];
set_property -dict { PACKAGE_PIN K16 IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports { led7_seg_o[5] }];
set_property -dict { PACKAGE_PIN K13 IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports { led7_seg_o[4] }];
set_property -dict { PACKAGE_PIN P15 IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports { led7_seg_o[3] }];
set_property -dict { PACKAGE_PIN T11 IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports { led7_seg_o[2] }];
set_property -dict { PACKAGE_PIN L18 IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports { led7_seg_o[1] }];
set_property -dict { PACKAGE_PIN H15 IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports { led7_seg_o[0] }];
set_property -dict { PACKAGE_PIN J17 IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports { led7_an_o[0] }];
set_property -dict { PACKAGE_PIN J18 IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports { led7_an_o[1] }];
set_property -dict { PACKAGE_PIN T9 IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports { led7_an_o[2] }];
set_property -dict { PACKAGE_PIN J14 IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports { led7_an_o[3] }];
set_property -dict { PACKAGE_PIN P14 IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports { led7_an_o[4] }];
set_property -dict { PACKAGE_PIN T14 IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports { led7_an_o[5] }];
set_property -dict { PACKAGE_PIN K2 IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports { led7_an_o[6] }];
set_property -dict { PACKAGE_PIN U13 IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports { led7_an_o[7] }];
#########################################################################################
set_property -dict { PACKAGE_PIN H17 IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports { leds_o[0] }];
set_property -dict { PACKAGE_PIN K15 IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports { leds_o[1] }];
set_property -dict { PACKAGE_PIN J13 IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports { leds_o[2] }];
set_property -dict { PACKAGE_PIN N14 IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports { leds_o[3] }];
set_property -dict { PACKAGE_PIN R18 IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports { leds_o[4] }];
set_property -dict { PACKAGE_PIN V17 IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports { leds_o[5] }];
set_property -dict { PACKAGE_PIN U17 IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports { leds_o[6] }];
set_property -dict { PACKAGE_PIN U16 IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports { leds_o[7] }];
#########################################################################################
Uwaga
Procesor Picoblaze posiada synchroniczne wejście resetu: reset następuje w przypadku wysokiego stanu na końcówce reset oraz przy wystąpieniu narastającego zbocza zegara clk.
