FPGA程序设计

• 在设计FPGA时，多运用模块化的思想取设计模块，将某一功能设计成module。

• 设计之前要先画一下模块设计图，列出输入输出接口，再进一步设计内部功能。

• 状态机要画图，确定每个状态和状态之间怎么切换。状态用localparam定义。

• 顶层向下传递的要定义为wire，底层向上传递的要定义为reg。

• 根据时序将每一个时钟周期进行按步分解。对于通讯协议要对每条线仔细分析。

• 每个模块要用一个tb测试

• testbench例子

    always #10 Clk = ~Clk;initial beginClk = 1;Rst_n = 0;Cmd = 6'b000000;Go = 0;Tx_DATA = 8'd0;#2001;Rst_n = 1;#2000;//写数据操作，往EEPROM器件的B1地址写数据DA//第一次：起始位+EEPROM器件地址（7位）+写方向（1位）Cmd = STA | WR;Go = 1;Tx_DATA = 8'hA0 | 8'd0;//写方向@ (posedge Clk);#1;Go = 0;@ (posedge Trans_Done);#200;//第二次：写8位EEPROM的寄存器地址Cmd = WR;Go = 1;Tx_DATA = 8'hB1;//写地址B1@ (posedge Clk);#1;Go = 0;@ (posedge Trans_Done);#200;//第三次：写8位数据 + 停止位Cmd = WR | STO;Go = 1;Tx_DATA = 8'hda;//写数据DA@ (posedge Clk);#1;Go = 0;@ (posedge Trans_Done);#200;#5000000; //仿真模型的两次操作时间间隔//读数据操作，从EEPROM器件的B1地址读数据//第一次：起始位+EEPROM器件地址（7位）+写方向（1位）Cmd = STA | WR;Go = 1;Tx_DATA = 8'hA0 | 8'd0;//写方向@ (posedge Clk);#1;Go = 0;@ (posedge Trans_Done);#200;//第二次：写8位EEPROM的寄存器地址Cmd = WR;Go = 1;Tx_DATA = 8'hB1;//写地址B1@ (posedge Clk);#1;Go = 0;@ (posedge Trans_Done);#200;//第三次：起始位+EEPROM器件地址（7位）+读方向（1位）Cmd = STA | WR;Go = 1;Tx_DATA = 8'hA0 | 8'd1;//读方向@ (posedge Clk);#1;Go = 0;@ (posedge Trans_Done);#200;//第四次：读8位数据 + 停止位Cmd = RD | STO;Go = 1;@ (posedge Clk);#1;Go = 0;@ (posedge Trans_Done);#200;#2000;$stop;end

• 每个模块要建立一个testbench

• 时钟分频

   	//系统时钟采用50MHzparameter SYS_CLOCK = 50_000_000;//SCL总线时钟采用400kHzparameter SCL_CLOCK = 400_000;//产生时钟SCL计数器最大值localparam SCL_CNT_M = SYS_CLOCK/SCL_CLOCK/4 - 1;reg [19:0]div_cnt;reg en_div_cnt;always@(posedge Clk or negedge Rst_n)if(!Rst_n)div_cnt <= 20'd0;else if(en_div_cnt)beginif(div_cnt < SCL_CNT_M)div_cnt <= div_cnt + 1'b1;elsediv_cnt <= 0;endelsediv_cnt <= 0;wire sclk_plus = div_cnt == SCL_CNT_M;

• 串转并

reg[7:0]Rx_DATA;
Rx_DATA <= {Rx_DATA[6:0],i2c_sdat};

• 命令可以选择使用独热码编码

localparam
IDLE = 7'b0000001, //空闲状态
GEN_STA = 7'b0000010, //产生起始信号
WR_DATA = 7'b0000100, //写数据状态
RD_DATA = 7'b0001000, //读数据状态
CHECK_ACK = 7'b0010000, //检测应答状态
GEN_ACK = 7'b0100000, //产生应答状态
GEN_STO = 7'b1000000; //产生停止信号

• 亚稳态

跨时钟域信号传输；异步信号采集；复位电路。

在FPGA系统中，如果数据传输中不满足触发器的Tsu和Th不满足，或者复位过程中复位信号的释放相对于有效时钟沿的恢复时间（recovery time）不满足，就可能产生亚稳态，此时触发器输出端Q在有效时钟沿之后比较长的一段时间处于不确定的状态，在这段时间里Q端在0和1之间处于振荡状态，而不是等于数据输入端D的值。这段时间称为决断时间（resolution time）。经过resolution time之后Q端将稳定到0或1上，但是稳定到0或者1，是随机的，与输入没有必然的关系。

异步信号采集

always@(posedge clk or posedge reset)if(reset)beginuart_rx_sync1 <= 1'b0;uart_rx_sync2 <= 1'b0;endelse beginuart_rx_sync1 <= uart_rx;uart_rx_sync2 <= uart_rx_sync1;
end

边沿检测

//下降沿检测
always@(posedge clk or posedge reset)
if(reset)beginuart_rx_reg1 <= 1'b0;uart_rx_reg2 <= 1'b0;
end
else beginuart_rx_reg1 <= uart_rx_sync2;uart_rx_reg2 <= uart_rx_reg1;
endassign uart_rx_nedge = !uart_rx_reg1 & uart_rx_reg2;