MiZ702学习笔记13——ZYNQ通过AXI-Lite与PL交互

Posted 2020-06-08

在《MiZ702学习笔记7——尝试自制带总线IP》，我曾提到了AXI4-Lite的简单用法，驱动了下流水灯，只涉及到了写总线。今天，我想利用之前的VGA模块，将AXI4-Lite的读写都应用上。这篇文章主要是思想的介绍，以及AXI4-Lite读的方法。一些细节请先阅读《MiZ702学习笔记7——尝试自制带总线IP》。

具体思路为如下框图所示：

所以这次，我们需要两条AXI4-Lite总线，一条负责给VGA模块提供RGB数据（写），一条读取VGA模块提供的扫描的坐标信息（读）。

点击下图中的加号，就能为我们额外的添加一条AXI4-Lite总线：

因此在我们的IP工程里可以看到两套总线框架：

IP打包好之后是这个样子：

我们将S00这条总线作为写数据用，将S01作为读数据总线。当然一条总线是既可以读也可以写的，但是VGA这个工程决定了读和写必须是同行进行的不可复用。

其他的就和之前讲到一样了，接下来AXI4-Lite的读和写。PL为了和PS通讯，是需要一些逻辑去支持的。而这些逻辑在我们生成AXI4-Lite IP的时候，vivado就帮我们自动生成了。我们要做的部分很少，只需要增改一些内容即可，就如《MiZ702学习笔记7——尝试自制带总线IP》提到的那样。

这个工程中，对于总线的写而言就是给VGA模块送去RGB数据，“写”我们只需要增加自己的逻辑即可：

reg [11:0]rlcd_rgb;

always @( posedge S_AXI_ACLK )

begin

if ( S_AXI_ARESETN == 1‘b0 )

begin

rlcd_rgb <= 12‘d0;

end

else

begin

rlcd_rgb <= S_AXI_WDATA[11:0];

end

end

assign lcd_rgb = rlcd_rgb;

对于总线的读而言，我们需要将框架进行稍微的改动：

//写总线测试修改！！！！！！！！！

wire[31:0]wlcd_xy;// = {10‘d0,lcd_xy};

assign wlcd_xy = {10‘d0,lcd_xy};

assign slv_reg_rden = axi_arready & S_AXI_ARVALID & ~axi_rvalid;

always @(*)

begin

// Address decoding for reading registers

case ( axi_araddr[ADDR_LSB+OPT_MEM_ADDR_BITS:ADDR_LSB] )

2‘h0 : reg_data_out <= wlcd_xy;//slv_reg0;

2‘h1 : reg_data_out <= slv_reg1;

2‘h2 : reg_data_out <= slv_reg2;

2‘h3 : reg_data_out <= slv_reg3;

default : reg_data_out <= 0;

endcase

end

这里其实，也就改了一个地方，本来是reg_data_out <= slv_reg0;被我改成了reg_data_out <= wlcd_xy;这样就能通过总线读取wlcd_xy的值了。

在回到这张框架图：

到这了，我们的AXI IP已经具备了和ZYNQ以及VGA交互的能力，它就是PS和PL之间的桥梁，现在我们只差一个VGA IP，而这个IP就是个普通IP，没错就是《MiZ702学习笔记12——封装一个普通的VGA IP》讲的那样，我们将程序稍加修改，在进行IP打包，就能得到。

最后，我们分别添加这几个IP，进行连线就完成了硬件的搭建。其实我提一些细节。

我们配置下ZNYQ的输出时钟：

其中FCLK0一般添加zynq核时是默认引出的，这里主要是给AXI4-Lite IP提供时钟，大小我设置是250M，再高就提示出错了。

FCLK1将其设置为25M，主要给VGA IP提供时钟，应为VGA扫描是25M。

硬件平台准备好之后，就可以开始SDK的编程了。首先，我们得根据地址访问到AXI4-Lite IP，通过xparameter.h这个头文件可以得知S00这条总线的地址：

/* Definitions for driver MYVGAIP */

#define XPAR_MYVGAIP_NUM_INSTANCES 1

/* Definitions for peripheral MYVGAIP_0 */

#define XPAR_MYVGAIP_0_DEVICE_ID 0

#define XPAR_MYVGAIP_0_S00_AXI_BASEADDR 0x43C00000

#define XPAR_MYVGAIP_0_S00_AXI_HIGHADDR 0x43C0FFFF

但是头文件并未看到S01这条总线的地址，不过可以猜想，S00总线宽带是32位的，且首地址是0x43C00000，那么如果地址是连续的总线S01的首地址应该就是0x43C1ffff。

通过查看system.hdf可以确定以上推测是正确的：

于是定义如下：

#define RGB_AXI_BASEADDR 0x43C00000

#define LCDXY_AXI_BASEADDR 0x43C10000

首先进行彩条的测试，先通过Xil_In32，这个函数读总线，得到VGA模块输出的坐标值。其中低11位是Y坐标的值，高11位是X坐标的值：

temp = Xil_In32(LCDXY_AXI_BASEADDR);

lcd_ypos = temp & 0x7ff;

lcd_xpos = (temp>>11) & 0x7ff;

就可以测试横向彩条：

//横向彩条

if (lcd_ypos >= 0 && lcd_ypos < (V_DISP/8)*1)

Xil_Out32(RGB_AXI_BASEADDR, RED);

else if(lcd_ypos >= (V_DISP/8)*1 && lcd_ypos < (V_DISP/8)*2)

Xil_Out32(RGB_AXI_BASEADDR, GREEN);

else if(lcd_ypos >= (V_DISP/8)*2 && lcd_ypos < (V_DISP/8)*3)

Xil_Out32(RGB_AXI_BASEADDR, BLUE);

else if(lcd_ypos >= (V_DISP/8)*3 && lcd_ypos < (V_DISP/8)*4)

Xil_Out32(RGB_AXI_BASEADDR, WHITE);

else if(lcd_ypos >= (V_DISP/8)*4 && lcd_ypos < (V_DISP/8)*5)

Xil_Out32(RGB_AXI_BASEADDR, BLACK);

else if(lcd_ypos >= (V_DISP/8)*5 && lcd_ypos < (V_DISP/8)*6)

Xil_Out32(RGB_AXI_BASEADDR, YELLOW);

else if(lcd_ypos >= (V_DISP/8)*6 && lcd_ypos < (V_DISP/8)*7)

Xil_Out32(RGB_AXI_BASEADDR, CYAN);

else if(lcd_ypos >= (V_DISP/8)*7 && lcd_ypos < (V_DISP/8)*8)

Xil_Out32(RGB_AXI_BASEADDR, ROYAL);

结果和想象中一样完美~~~

接下来测试，总线彩条：

//竖向扫描有点问题，

if (lcd_xpos >= 0 && lcd_xpos < (H_DISP/8)*1)

Xil_Out32(RGB_AXI_BASEADDR, RED);

else if(lcd_xpos >= (H_DISP/8)*1 && lcd_xpos < (H_DISP/8)*2)

Xil_Out32(RGB_AXI_BASEADDR, GREEN);

else if(lcd_xpos >= (H_DISP/8)*2 && lcd_xpos < (H_DISP/8)*3)

Xil_Out32(RGB_AXI_BASEADDR, BLUE);

else if(lcd_xpos >= (H_DISP/8)*3 && lcd_xpos < (H_DISP/8)*4)

Xil_Out32(RGB_AXI_BASEADDR, WHITE);

else if(lcd_xpos >= (H_DISP/8)*4 && lcd_xpos < (H_DISP/8)*5)

Xil_Out32(RGB_AXI_BASEADDR, BLACK);

else if(lcd_xpos >= (H_DISP/8)*5 && lcd_xpos < (H_DISP/8)*6)

Xil_Out32(RGB_AXI_BASEADDR, YELLOW);

else if(lcd_xpos >= (H_DISP/8)*6 && lcd_xpos < (H_DISP/8)*7)

Xil_Out32(RGB_AXI_BASEADDR, CYAN);

else

Xil_Out32(RGB_AXI_BASEADDR, ROYAL);

结果就不想想象中那么完美了：

我们发现彩条的边缘有锯齿，这是为什么呢？原因是横向彩条的扫描依据是lcd_ypos的值，纵向彩条的扫描依据是lcd_xpos。而VGA扫描是水平扫描，这意味着X的更新频率是Y更新频率的N倍。

也就是说AXI4-Lite的读写速度跟上了lcd_ypos的变化，却没能完全跟上lcd_xpos的值。

有的读者可能要发问了，之前给AXI4-Lite IP提供了250M的时钟吗，而VGA扫描才25M,怎么可能速度上跟不上？

这只能说AXI4-Lite本身，并不适合做大量传输数据这件事。AXI4-Lite只适合做一些简单的IO控制，配置寄存器用。

还记得在选择总线类型的时候吗？

我们选择的是Lite，其实还有其他类型可选，如：AXI4，以及AXIStream类型。这些就是我们接下来的任务了。

最近，路飞开4档了，实在太帅了，我最终的目的本来是想将他显示在VGA上的，奈何一开始选错了总线类型，只能将就着看了：

总结：

虽然最终的结果不算成功，但是过程还是能学到不少东西，这里例子可以很好的体现ZYNQ的优势：

1、利用PL部分驱动VGA，充分的发挥FPGA的优势。为PS分担的不小的任务。

2、利用PS完成数据的提供，数据方便存储，且更加多变，正好弥补了FPGA这方面的缺点。

接下来的教程里，就开始探究AXI4以及AXIStream，必将完善次项目，就到这里吧。东莞今天居然下雪了，不说了拿电吹风取暖去了。明天回家了，祝我一路顺风吧~~

工程文件，待会上传~~~