by yosikawa » 2011年2月13日(日) 12:10
さて、スイッチとLEDを確認できたので液晶表示に進みたいところだが、
ハードウェアだけで液晶を使うのは大変だ。その前に PicoBlaze を使いこなしたい。
例によってすごく簡単なことから始める。
簡単といっても、最小限、マシン語のプログラムを書かないといけない。
ADDRESS は開始アドレスを指定している。PicoBlaze のアドレス空間は10ビット。
000～3ffの範囲。
BEGINはラベル。ジャンプ先を指定している。
LOADはどんなCPUにも必ずある命令で、ここではレジスタs0に16進数の a1h を代入している。
レジスタはs0～sF までの16個。sの次の文字が16進数になっている。
各レジスタの大きさは8bit。すべてのレジスタは同じように機能し、特別な役割を持ったレジスタはない。
OUTPUT はI/Oポート出力。PicoBlaze と外部とのやり取りはすべてI/Oポートから行う。
ここではレジスタs0の内容をポートアドレス00h （必ず16進数2桁で書かないといけない）に出力している。
JUMP は無条件ジャンプ命令。条件によらずかならずBEGINで示した場所に飛ぶ。
よってこのプログラムは、出力ポート00h に16進数の a1h を出力し続ける。
a1h という値に特に意味はない。ffhとかだと、何か他の理由でも起こりうるが、a1h のパターンでLEDが光れば、
これはもう疑いなくPicoBlaze から届いた値と分かるから。
さて、これをアセンブラにかけて、verilogソースに変換する。
xilinxのサイトでPicoBlaze で検索してSpartan-3E用のPicoBlaze をダウンロードする。
ダウンロードするにはユーザ登録が必要。
KCPSM3.zip をダウンロードしたらこれを展開して、Assemblerフォルダの中のファイルをすべて
作業ディレクトリにコピーする。同じ場所に上記アセンブラプログラムを置く。名前はここではt4_rom.psm とした。
上記コマンドでアセンブルする。出力されたout.txtの最後がsuccessfulなら成功。
以下は出力例。
成功すると、T4_ROM.V というファイルができる。
これは先ほどのマシン語プログラムから作成されたROMのverilogソースだ。
ROMのハードウェア定義と、マシン語のプログラムの定義も一緒に含まれているので、
PicoBlaze とつなぐだけだ。
プロジェクトを作成する。プロジェクトは以下のファイルからなる。
top.v と top.ucf は以下に掲載する。kcpsm3.vがPicoBlaze のverilogソースだ。
top.v
top.ucfは、今回はclkとLEDしか使わないので、他の定義は全部消した。
以上をコンパイルしてtop.bitを作成する。後はいつものようにボードに書き込む。
見事、期待通りの 10100001 のパターンでLEDが光った。
以下は、PicoBlazeのブロック図。
この図で、左上のPROMの部分だけ、PicoBlazeの外側にある。
PCからPROMにつなぐ線がaddress。（top.vの中のPicoBlazeのパラメータ参照）
PROMからの出力がinstruction。
普通、多くのCPUは外部のメモリを使うが、PicoBlazeのメモリは全部で64バイトしかなく、
すべてPicoBlaze本体に含まれている。
よって外部のメモリは必要ないし、使えない。
だからCPUとROMを繋ぐだけで小型マイコンが動作する。
top.vでは、出力ポートからledに出力している。
ポートは1つしかないのでport_idに出力されるポートアドレスは無視した。
write_strobeがハイのときだけ、出力される。
ではここで、PicoBlazeの信号について簡単に説明する。
入出力ポートをいかに使いこなすかがキモになる。
例えば入出力ポートにRAMを繋げは、最大256バイトまでメモリ空間を拡張できる。
次回は入力にスイッチをつないでみる。
2/13 追記
ユーザガイドの日本語版があった。英語版を読み終わった後で気づいた。。。
PicoBlaze 8 ビット エンベデッド マイクロコントローラ ユーザー ガイド (Spartan-3 Generation、Virtex-II、および Virtex-II Pro FPGA 用) v1.1.1 (日本語版)(PDF, ver 1.1.2, 1.55 MB )
Spartan-3E スタータキットのユーザガイドも、実は日本語版があった。
Spartan-3E スタータキット. ボード ユーザーガイド. UG230 (v1.0) 2006 年 3 月 9 日
ハードウェアだけで液晶を使うのは大変だ。その前に PicoBlaze を使いこなしたい。
例によってすごく簡単なことから始める。
簡単といっても、最小限、マシン語のプログラムを書かないといけない。
- コード: 全て選択
ADDRESS 000 ; Programs always start at reset vector 0
BEGIN:
LOAD s0, a1
OUTPUT s0, 00
JUMP BEGIN ; Embedded applications never end
ADDRESS は開始アドレスを指定している。PicoBlaze のアドレス空間は10ビット。
000～3ffの範囲。
BEGINはラベル。ジャンプ先を指定している。
LOADはどんなCPUにも必ずある命令で、ここではレジスタs0に16進数の a1h を代入している。
レジスタはs0～sF までの16個。sの次の文字が16進数になっている。
各レジスタの大きさは8bit。すべてのレジスタは同じように機能し、特別な役割を持ったレジスタはない。
OUTPUT はI/Oポート出力。PicoBlaze と外部とのやり取りはすべてI/Oポートから行う。
ここではレジスタs0の内容をポートアドレス00h （必ず16進数2桁で書かないといけない）に出力している。
JUMP は無条件ジャンプ命令。条件によらずかならずBEGINで示した場所に飛ぶ。
よってこのプログラムは、出力ポート00h に16進数の a1h を出力し続ける。
a1h という値に特に意味はない。ffhとかだと、何か他の理由でも起こりうるが、a1h のパターンでLEDが光れば、
これはもう疑いなくPicoBlaze から届いた値と分かるから。
さて、これをアセンブラにかけて、verilogソースに変換する。
xilinxのサイトでPicoBlaze で検索してSpartan-3E用のPicoBlaze をダウンロードする。
ダウンロードするにはユーザ登録が必要。
KCPSM3.zip をダウンロードしたらこれを展開して、Assemblerフォルダの中のファイルをすべて
作業ディレクトリにコピーする。同じ場所に上記アセンブラプログラムを置く。名前はここではt4_rom.psm とした。
- コード:
KCPSM3.EXE t4_rom.psm > out.txt
上記コマンドでアセンブルする。出力されたout.txtの最後がsuccessfulなら成功。
以下は出力例。
- コード:
KCPSM3 v1.30. Ken Chapman (Xilinx-UK) 2005
The assembler for KCPSM3 Programmable State Machine
PASS 1 - Reading input PSM file
.......
.......
.......
PASS 11 - Writing memory definition files
t4_rom.hex
t4_rom.dec
t4_rom.mem
KCPSM3 successful.
KCPSM3 complete.
成功すると、T4_ROM.V というファイルができる。
これは先ほどのマシン語プログラムから作成されたROMのverilogソースだ。
ROMのハードウェア定義と、マシン語のプログラムの定義も一緒に含まれているので、
PicoBlaze とつなぐだけだ。
プロジェクトを作成する。プロジェクトは以下のファイルからなる。
- top.v
- kcpsm3.v
- t4_rom.v
- top.ucf
top.v と top.ucf は以下に掲載する。kcpsm3.vがPicoBlaze のverilogソースだ。
top.v
- コード:
`timescale 1ns / 1ps
//////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
// Company:
// Engineer:
//
// Create Date: 03:19:51 02/13/2011
// Design Name:
// Module Name: top
// Project Name:
// Target Devices:
// Tool versions:
// Description:
//
// Dependencies:
//
// Revision:
// Revision 0.01 - File Created
// Additional Comments:
//
//////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
`default_nettype none
module top(clk, led);
input wire clk; // グローバルクロック
output reg [7:0] led; // LED
// PicoBlaze の信号定義
wire [9:0] address;
wire [17:0] instruction;
wire [7:0] port_id;
wire write_strobe;
wire [7:0] out_port;
wire read_strobe;
reg [7:0] in_port = 0;
reg interrupt = 0;
wire interrupt_ack;
wire reset = 1;
// PicoBlaze インスタンス定義 （resetはアクティブ・ハイ）
kcpsm3 kcpsm3(
address,
instruction,
port_id,
write_strobe,
out_port,
read_strobe,
in_port,
interrupt,
interrupt_ack,
‾reset,
clk);
//ROM 定義
t4_rom t4_rom(address, instruction, clk);
// 出力ポートから信号を取り出す
always @(posedge clk) begin
if(write_strobe) begin
led <= out_port;
end
end
endmodule
top.ucfは、今回はclkとLEDしか使わないので、他の定義は全部消した。
- コード:
#
# Period constraint for 50MHz operation
#
NET "clk" PERIOD = 20.0ns HIGH 50%;
#
# soldered 50MHz Clock.
#
NET "clk" LOC = "C9" | IOSTANDARD = LVTTL;
#
#
# Simple LEDs
# Require only 3.5mA.
#
NET "led<0>" LOC = "F12" | IOSTANDARD = LVTTL | SLEW = SLOW | DRIVE = 4;
NET "led<1>" LOC = "E12" | IOSTANDARD = LVTTL | SLEW = SLOW | DRIVE = 4;
NET "led<2>" LOC = "E11" | IOSTANDARD = LVTTL | SLEW = SLOW | DRIVE = 4;
NET "led<3>" LOC = "F11" | IOSTANDARD = LVTTL | SLEW = SLOW | DRIVE = 4;
NET "led<4>" LOC = "C11" | IOSTANDARD = LVTTL | SLEW = SLOW | DRIVE = 4;
NET "led<5>" LOC = "D11" | IOSTANDARD = LVTTL | SLEW = SLOW | DRIVE = 4;
NET "led<6>" LOC = "E9" | IOSTANDARD = LVTTL | SLEW = SLOW | DRIVE = 4;
NET "led<7>" LOC = "F9" | IOSTANDARD = LVTTL | SLEW = SLOW | DRIVE = 4;
#
#
# End of File
#
以上をコンパイルしてtop.bitを作成する。後はいつものようにボードに書き込む。
見事、期待通りの 10100001 のパターンでLEDが光った。
以下は、PicoBlazeのブロック図。
この図で、左上のPROMの部分だけ、PicoBlazeの外側にある。
PCからPROMにつなぐ線がaddress。（top.vの中のPicoBlazeのパラメータ参照）
PROMからの出力がinstruction。
普通、多くのCPUは外部のメモリを使うが、PicoBlazeのメモリは全部で64バイトしかなく、
すべてPicoBlaze本体に含まれている。
よって外部のメモリは必要ないし、使えない。
だからCPUとROMを繋ぐだけで小型マイコンが動作する。
top.vでは、出力ポートからledに出力している。
- コード:
// 出力ポートから信号を取り出す
always @(posedge clk) begin
if(write_strobe) begin
led <= out_port;
end
end
ポートは1つしかないのでport_idに出力されるポートアドレスは無視した。
write_strobeがハイのときだけ、出力される。
ではここで、PicoBlazeの信号について簡単に説明する。
- コード:
// PicoBlaze の信号定義
module kcpsm3(
address,
instruction,
port_id,
write_strobe,
out_port,
read_strobe,
in_port,
interrupt,
interrupt_ack,
reset,
clk) ;
// ROMとの接続用
output [9:0] address ; // ROMのアドレス
input [17:0] instruction ; // ROMのデータ。マシン語命令になる。マシン語は18ビット。
// 出力ポート
output [7:0] port_id ; // ポートアドレス。入出力で共通。
output write_strobe ; // これがハイのときだけ、出力ポートの内容が有効。
output [7:0] out_port ; // 出力ポートの値
// 入力ポート
// port_id は出力と共通
output read_strobe ; // PicoBlazeが入力ポートから読み込むタイミングより1パルス前にハイになる。でも通常この信号は不要。
input [7:0] in_port ; // 入力ポートの値
// 割り込み
input interrupt ; // これをハイにすると割り込みを要求する。
output interrupt_ack ; // これがハイになると、割り込みを受け付けたことを表す。
// その他
input reset ; // リセット。ハイになるとリセットする。
input clk ; // クロック。50MHzをそのまま接続してもいいし、もっと遅いクロックでもいい。どんなに遅くても動作する。
入出力ポートをいかに使いこなすかがキモになる。
例えば入出力ポートにRAMを繋げは、最大256バイトまでメモリ空間を拡張できる。
次回は入力にスイッチをつないでみる。
2/13 追記
ユーザガイドの日本語版があった。英語版を読み終わった後で気づいた。。。
PicoBlaze 8 ビット エンベデッド マイクロコントローラ ユーザー ガイド (Spartan-3 Generation、Virtex-II、および Virtex-II Pro FPGA 用) v1.1.1 (日本語版)(PDF, ver 1.1.2, 1.55 MB )
Spartan-3E スタータキットのユーザガイドも、実は日本語版があった。
Spartan-3E スタータキット. ボード ユーザーガイド. UG230 (v1.0) 2006 年 3 月 9 日
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