学fpga（流水灯）

Posted 2022-04-09 费晓行

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        从学习方法上说，fpga的学习方面和linux c开发有点相似。

	fpga	linux
语言	verilog，vhdl	c，c++
开发工具	vivado，quartus	gcc，g++
调试工具	chip scope，signal tap	gdb
仿真	modelsim	x86 linux虚拟机
运行	fpga开发板	arm linux开发板

        通过上面的表格，可以看出来，不管是哪一种开发方法，都需要对应的语言、开发工具、调试工具、仿真平台和实际验证环境，这些都是少不了的。只不过，fpga侧重的是并发流水线，软件倡导的是顺序执行而已。

        前面，我们讨论过计数器，也就是说从复位开始，计数器就会不停地计数下去。这么一直计数下去其实也是可以的，只要有这么一个需求就可以，或者只是想看一下计数器是不是真的会这么走下去。真实场景下面，更多的是用计数器来做一个定时器。比如，复位之后，计数器从0开始，等到计数到99的时候，就会恢复到0。这样一来，就好像有这么一个100的计数器，它会周期性的重新计数。设想一下，如果这个周期拓展到1s，那么其实就是一个1s的定时器了。不过，一般对fpga来说，1s的时间太长了，我们可以用wavedrom设计一个1周期为100的定时器。

 "signal" : [
   "name": "clk",         "wave": "p......|.." ,
   "name": "rst",     "wave": "010....|.." ,
   "name": "cnt",     "wave": "x22345x|67", data:["0","0","1","2","3","99","0"] 
]

        转变成时序图就是这样的，

        所以，这个时候需要做的就是在之前的verilog代码上面添加一个判断语句，即

always@(posedge clk or posedge rst)
    if(rst)
        cnt <= 4'd0;
    else if(cnt == 4'd99)
        cnt <= 4'd0;
    else
        cnt <= cnt + 1;

         有同学也许会说，这和流水灯有什么关系。大家不要着急，关键是这里的cnt 99，完全可以用这一条件实现led的开和灭的功能。

 "signal" : [
   "name": "clk",         "wave": "p......|.." ,
   "name": "rst",     "wave": "010....|.." ,
   "name": "cnt",     "wave": "x22345x|67", data:["0","0","1","2","3","99","0"] ,
   "name": "led",     "wave": "x0.....|.1", ,
]

        上面的json转换成图形，就是这样的，

         注意这里的cnt为99的时候，led就会跳转为1高电平。等到下一个99的时候再跳转为0，这样就实现了周期性熄灭的效果。写成verilog代码应该是这样的，

always @(posedge clk or posedge rst)
    if (rst)
        led <= 1'b0;
    else if(cnt == 8'd99)
        led <= ~led;

        做到这一点似乎离我们的目标越来越近。大家可以想象一下如果有4个led灯，那么应该怎么处理。是不是可以把cnt分成4部分。99的时候，只有led1灯亮；199的时候，只有led2灯亮；299的时候，只有led3亮；399的时候只有led4灯亮。

 "signal" : [
   "name": "clk",         "wave": "p.....|......|.." ,
   "name": "rst",     "wave": "010...|......|.." ,
   "name": "cnt",     "wave": "x2245x|6789x.|45", data:["0","0","1","2","99","100","101","102","199","200"] ,
   "name": "led0",     "wave": "x0.1..|.0....|..", ,
   "name": "led2",     "wave": "x0....|.1....|.0", ,
   "name": "led3",     "wave": "x0....|......|.1", ,
   "name": "led4",     "wave": "x0....|......|..", ,
]

        转换成图形就是这样的，

        当然上面只是一种设计方法，大家可以集思广益，用自己的方法来设计出不一样的流水灯效果。流水灯固然简单，关键还是考察背后的思考过程。