尝一下DE1-SoC—HPS--FPGA

BOB_Sun

本文转自  http://bbs.eeworld.com.cn/thread-462426-1-1.html

关键词：Cyclone V 、5CSEMA5、 DE1-SoC

     学习DE1-SoC也有三个星期了，来个小结性总结吧。
       这篇帖子，并不是技术，而只是个科普而已，仅供娱乐，开心的我也是不行。

感想：我也是开心 的快要哭了，整个人感觉都不好了。整体的对这个SoC的印象就是ARM和FPGA关于AMBA4.0的一段恋情。。。开发起来也是复杂的不行，首先你得会ARM和FPGA，还得会用AMBA。作为一个基本不知道FPGA是什么的东东的我来说确实有点难度。
         走在学习的小路上。。。

一、拆机器卖零件

起因：听这次altera体验活动的组织者也就是论坛管理员@phantom7说芯片加起来比板子值钱的。当时感觉她在逗我玩，怎么可能芯片加起来比板子还贵，那不是赔钱卖板子的么。

经过：自己去arrow随便点了几个板子上有的芯片放到了购物车。

结果：发现了一条发家致富的道路，就是拆机器卖零件。。。

世界太复杂，我搞不明白呀。
还是看图片吧，有图有真相。

图3-1E1-SoC价格

图3-2：芯片价格
          有了上面的经验，瞬间也是开心的不行，机智的我拿起来来了米尔科技的Z-turnBoard 开发板（RMB850），准备拆机器卖零件。结果发现板载Xilinx的zynq7000家族的那个小芯片 （ZC7z010）大概是$60+。这次不能拆机器卖零件了。两颗SoC都是dual ARM Cortex-A9，一个85K、一个25K，具体的细节，倘若后面有时间，写个小小的对比与大家分享。

二、CycloneV SE简介

图3-3：Cyclone简介
Cyclone V较CycloneIV的提升

图3-4：CycloneIV和V的区别

Cyclone V下的各种的种类也是各种的各种多。

图3-5：Cyclone V种类

所以来讲个命名规则吧，因为要围绕DE1-SoC的板载芯片来讲，所以看看CycloneV（SE、SX、ST）命名规则如下：

图3-6：SE、SX、ST
DE1-SoC板载一颗型号为：5CSEMA5F31C6N的芯片，关于这个芯片的性能与功能，请参照图3-3自行脑补，或者参看下面的图3-7、8、9：

图3-7：5CESA5功能

图3-8：5CESA5F31封装

图3-9：5CESA5F31 JESD51-1
（上面这个测试，细节我也不懂，只不过好大上，就贴在上面了）

三、HPS---FPGA

DE1-SoC开发板入门资料还是不错的，不过都是英文，四六级都没过的我，开着这些资料开心的我也是快要哭了。
看看下面这个图，可能对Cyclone的开发工具和CycloneV的内部结构有点了解，如下：

图3-A：Cyclone V
首先看一下面的几个单词，其实用过Cortex-M的单片记得同学，除了AXI对下面的应该很熟悉的
AMBA（AdvancedMicrocontroller Bus Architecture）
AHB（theAdvanced High-performances Bus）
ASB（theAdvanced System Bus）
APB（theAdvanceed Peripheral Bus）
AXI（AdvancedeXtensible Interface）
AMBA® 4   :    AXI4™, AXI4-Lite™, or AXI4-Stream™Protocol.

AMBA是ARM公司设计的通信总线。AXI4.0是对3.0的升级，可以通过它来进行ARM和FPGA的通信。具体的就参考ARM官网的用户手册吧。
ARM和FPGA来直观的看一看，其实就是下面这个样子的：

图3-B：SoC
两个独立的东东，做到了一个芯片上，通过总线互联。
其实是这个样子的：

图3-C：总线
M：master                     S： slave
FPGA-to-HPS bridge
HPS-to-FPGA bridge
Lightweight HPS-to-FPGA bridge
DE1-SoC提供了QuartusII 的一个基本的项目，DE1-SoC板子的资源已经设置好，可以在这个基础上做一些开发。
例程是做了一个简单的流水灯的程序。
只需要做点小小的改动就可以完成对HPS和FPGA这块相应的简单的开发。在Qsys中添加好PIO模块之后，设置好系统总线。编译好项目之后，通过JTAG配置到FPGA中。

图3-D：JTAG调试

接着，将IO口地址虚拟映射到虚拟地址之后，通过“/dev/mem”就可以操作了，在HPS上执行的C语言代码如下：

<blockquote>#include <stdio.h>

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/mman.h>
#include "hwlib.h"
#include "socal/socal.h"
#include "socal/hps.h"
#include "socal/alt_gpio.h"
#include "hps_0.h"

#define HW_REGS_BASE ( ALT_STM_OFST )
#define HW_REGS_SPAN ( 0x04000000 )
#define HW_REGS_MASK ( HW_REGS_SPAN - 1 )

int main() {

        void *virtual_base;
        int fd;
        int loop_count;
        int led_direction;
        int led_mask;
        void *h2p_lw_led_addr;

        // map the address space for the LED registers into user space so we can interact with them.
        // we'll actually map in the entire CSR span of the HPS since we want to access various registers within that span

        if( ( fd = open( "/dev/mem", ( O_RDWR | O_SYNC ) ) ) == -1 ) {
                printf( "ERROR: could not open \"/dev/mem\"...\n" );
                return( 1 );
        }

        virtual_base = mmap( NULL, HW_REGS_SPAN, ( PROT_READ | PROT_WRITE ), MAP_SHARED, fd, HW_REGS_BASE );

        if( virtual_base == MAP_FAILED ) {
                printf( "ERROR: mmap() failed...\n" );
                close( fd );
                return( 1 );
        }
        
        h2p_lw_led_addr=virtual_base + ( ( unsigned long  )( ALT_LWFPGASLVS_OFST + PIO_LED_BASE ) & ( unsigned long)( HW_REGS_MASK ) );
        

        // toggle the LEDs a bit

        loop_count = 0;
        led_mask = 0x01;
        led_direction = 0; // 0: left to right direction
        printf(" HelloWorld! \n");
        while( loop_count < 60 ) {
               
                // control led
                *(uint32_t *)h2p_lw_led_addr = ~led_mask;

                // wait 100ms
                usleep( 400*1000 );
               
                // update led mask
                if (led_direction == 0){
                        led_mask <<= 1;
                        if (led_mask == (0x01 << (PIO_LED_DATA_WIDTH-1)))
                                 led_direction = 1;
                }else{
                        led_mask >>= 1;
                        if (led_mask == 0x01){
                                led_direction = 0;
                                loop_count++;
                        }
                }
               
        } // while
        

        // clean up our memory mapping and exit
        
        if( munmap( virtual_base, HW_REGS_SPAN ) != 0 ) {
                printf( "ERROR: munmap() failed...\n" );
                close( fd );
                return( 1 );
        }

        close( fd );

        return( 0 );
}

图3-E：编译环境

感觉上面那个东东就是一个类似的Cygwin。完美执行linux指令，开心的我也是不行。。

图3-F：调试

编译之后将，可执行文件放到开发就可以发布运行了。

至此，也是结束了，开心的我也是不行。

总算有点明白了ARM与FPGA之间的这段  “奸情”  。