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原创【技术笔记】高云FPGA学习笔记4——基本IP原语使用和仿真

 2022-10-2 22:44  8135 19 5 分类: FPGA/CPLD 文集: 开发板评测

本文是高云FPGA学习笔记系列的第4篇文章，首发于面包板社区：

本篇文章介绍高云GW1NSR-4C FPGA基本原语和IP配置、使用和修改，以及如何在ModelSim环境下仿真这些IP和原语，基于TangNano 4K开发板。

1. GW1NSR-4C支持的IP

打开高云云源软件，点击工具->IP Core Generator可以调出高云IP核生成工具。

可以看到当前使用的器件支持的各类型IP核，如果不支持，IP核为灰色不可选，右侧有当前IP使用的中英文说明文档，点击可以直接下载。

2. IP示例1：片上时钟OSC

GW1NSR-4C芯片内部集成了一颗250MHz的时钟晶体，可以配置2-128偶数分配系数，带使能端。本次示例我们配置成输出25MHz输出，即10分频。

模块名称，保存路径可自定义，这里保持默认设置。

最终生成的文件：

module Gowin_OSC (oscout, oscen);

output oscout;
input oscen;

OSCZ osc_inst (
.OSCOUT(oscout),
.OSCEN(oscen)
);

defparam osc_inst.FREQ_DIV = 10;
defparam osc_inst.S_RATE = "SLOW";

endmodule //Gowin_OSC

我们也可以在自己的设计中直接例化OSCZ原语来使用。

关于高云FPGA时钟资源的介绍，可以查看云源软件安装目录下的UG286文档：

\Gowin\Gowin_V1.9.8.07_Education\IDE\doc\CN\UG286-1.9.4_Gowin时钟资源(Clock)用户指南.pdf3. IP示例2：锁相环PLLVR

和OSCZ一样，选择PLLVR进行配置，指定PLL输入频率为25MHz，输出频率为200MHz。

4. IP示例3：分频器CLKDIV

选择CLKDIV配置分频器系数为4

为了同时调用这几个IP，我们按照如下图进行连接。

顶层文件：

/***************************************************************
* Copyright(C), 2010-2022, WeChat:MCU149.
* ModuleName : top_hdl.v
* Date : 2022年10月02日
* Time : 20:19:39
* Author : WeChat:MCU149
* Function : gw1nsr-4c led driver demo
* Version : v1.0
* Version | Modify
* ----------------------------------
* v1.0 .....
***************************************************************/

module top_hdl(
//Inputs
input gclk, // 27MHz
input gresetn,
input key,

//Outputs
output reg led
);

//1.parameter

//2.localparam
localparam KEY_PRESS = 1'b0;
localparam KEY_RELEASE = !KEY_PRESS;
localparam LED_ON = 1'b1;
localparam LED_OFF = !LED_ON;

localparam LED_PERIOD1 = 50_000_000 / 2 ; //500ms=27_000_000/2
localparam LED_PERIOD2 = 50_000_000 / 10; //100ms=27_000_000/10
//localparam LED_PERIOD1 = 100; //simulation
//localparam LED_PERIOD2 = 200; //simulation

//3.reg
reg [31:0] cnt;

//4.wire
wire [31:0] CNT_MAX = (key == KEY_PRESS) ? LED_PERIOD2 : LED_PERIOD1;

wire clk_osc; //250/10=25MHz
wire clk_pll; //25*8=200MHz
wire clk_div; //200/4=50MHz

wire pll_locked;

//5.assign

//6.always
always @ (posedge clk_div) begin
if(!gresetn) begin
cnt <= 'd0;
end
else begin
if(cnt >= CNT_MAX)
cnt <= 'd0;
else
cnt <= cnt + 'd1;
end
end

always @ (posedge clk_div) begin
if(!gresetn)
led <= LED_OFF;
else if(cnt == CNT_MAX)
led <= !led;
// led <= (led == LED_OFF) ? LED_ON : LED_OFF;
end

//7.instance

//osc onchip, 250MHz
Gowin_OSC osc_250m(
//Inputs
.oscen(1'b1),

//Outputs
.oscout(clk_osc) //250/10=25MHz
);

//25*8=200MHz
Gowin_PLLVR gwin_pll(
//Inputs
.clkin(clk_osc), //25MHz

//Outputs
.clkout(clk_pll), //200MHz
.lock(pll_locked)
);

//200MHz/4=50MHz
Gowin_CLKDIV gwin_div(
//Inputs
.hclkin(clk_pll), //200MHz
.resetn(pll_locked),

//Outputs
.clkout(clk_div) //50MHz
);

endmodule //top_hdl end

和上一篇笔记实现的效果是一样的，按键按下LED快闪，按键释放LED慢闪，只不过本工程没使用到外部的晶体。

5. IP核配置修改

云源软件支持对已经配置的IP核进行修改，说实话我一开始并没有找到这个功能，还以为无法修改呢，后来看了官方的视频教程才发现支持修改已经配置的IP。

首先打开IP核生成界面，点击打开图标。

找到要修改的IP核文件夹下的ipc文件打开。

这样就可以进行修改了

6. Modelsim仿真IP

高云云源软件不包含仿真工具，需要借助第三方工具来完成功能仿真，如果涉及到官方的IP调用，比如PLL，OSC，FIFO等IP的仿真，需要进行添加一个官方的IP仿真库文件，文件路径为：

D:\Program\Gowin\Gowin_V1.9.8.07_Education\IDE\simlib\gw1n\prim_sim.v

这个文件大小约600KB，近两万行代码，包括高云所有IP核的仿真模型，可以在Modelsim或其他第三方仿真工具中添加调用。

高云IP核仿真库文件内容完全开放，没有进行加密处理。

编译通过，仿真时会提示调用的模块未定义

把prim_sim.v添加到Modelsim工程，再次编译，执行仿真。

提示如下：

# ** Note: (vsim-3812) Design is being optimized...
#
# ** Error: (vopt-7052) D:/Program/Gowin/Gowin_V1.9.8.07_Education/IDE/simlib/gw1n/prim_sim.v(13111): Failed to find 'GSR' in hierarchical name '/GSR/GSRO'.
#
# Optimization failed

在Testbench中例化如下全局复位模块，因为仿真库中调用了此模块：

GSR GSR(
.GSRI(1'b1)
);

重新编译，成功执行仿真。