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 tryb edycji, w któym możemy ustawić dowolną liczbę na 4-cyfrowym wyswietlaczu.
Dokładny opis wymaganej funkcjonalności:
- Mamy dwa tryby pracy: tryb wyświetlania i edycji.
- Po resecie wyświetlacz powinien wyświetlić "0000" i przejść do trybu wyświetlania.
- Po dłuższym naciśnięciu przycisku BTNR (np. przez ponad 0.5 sek.) następuje wejście do trybu edycji, gdzie możemy przyciskami BTNU i BTND zmieniać wartości pojedynczej cyfry. Przyciskami BTNL i BTNR można zmieniać, która cyfra podlega regulacji.
- Aktualnie ustawiana cyfra powinna mrugać.
- 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.
