【经验】基于亿海神针系列®EQ6HL45型FPGA实现MicroBlade串口设计

MicroBlade处理器软核 IP是实现基于RISC-V（Reduced Instruction Set Computer，精简指令集计算机）指令集架构的32位处理器软核，支持RV32IM指令集，支持AXI4-Lite接口，用于简化FPGA中复杂的控制逻辑。

MicroBlade 处理器软核框架如下图所示：

图 1

MicroBlade 串口设计，开发板实现使用的是亿海神针系列®EQ6HL45型FPGA。本篇通过原理图设计，学习MicroBlade基本结构，通过创建简单的MicroBlade工程，实现MicroBlade调用AXI Uartlite模块和AXI GPIO模块，完成串口打印功能，掌握在模块化设计中，MicroBlade最小系统的组成，学会导出、建立以及运行基于SDK的工程。

设计原理

本系统中的MicroBlade模块通过AXI Lite总线与AXI Uartlite IP和AXI GPIO IP进行通信，完成led指示灯的状态改变以及串口打印功能。

操作步骤，基于GUI界面创建工程

创建新的工程项目

1）双击桌面图标打开eLinx3.0；

2）点击Create Project，或者单击File>New Project创建工程文件；

3）将新的工程项目命名TEST_MICROBLADE，选择工程保存路径，勾选Create project subdirectory，创建一个新的工程文件夹，点击Next继续；

4）选择新建一个RTL工程，由于本工程无需创建源文件，故将Do not specify sources at this time(不指定添加源文件)勾选上。点击 Next继续；

5）选择目标FPGA器件：Family:eHiChip6 Package:CSG324Available devices: EQ6HL456）最后在新工程总结中，检查工程创建是否有误。没有问题，则点击Finish，完成新工程的创建。 

创建原理图，添加IP，进行原理图设计

1）在Flow Navigator下，展开IP INTEGRATOR，选择Create Block Design创建新的原理图设计；

2）将新的设计命名为design1；

图 2

3）在Diagram中添加MicroBlade IP；

图 3

4）添加完成后如下图所示，点击Run Block Automation；

图 4

5) 在弹出窗口中，使用以下设置替换默认设置:

Local Memory: 64KB

Debug Module: Debug

Peripheral AXI Port: Enabled

图 5

6）完成之后，eLinx会基于之前的设置自动生成一些额外的IP，并且会自动连接完毕，此时不要点击Run Connection Automation； 

图 6

7）在Diagram中添加AXI Uartlite IP和AXI GPIO IP;

图 7

8）完成后，点击Run Connection Automation，在弹出窗口中勾选所有端口，点击OK继续；

图 8

9）完成后，双击MicroBlade IP,打开界面,取消勾选Enable Interrupt隐藏Interrupt端口;

10）双击AXI_Lite Interconnect IP,打开界面，把master端口的数量修改为2。手动完成AXI_Lite Interconnect IP与AXI Uartlite IP，与AXI GPIO IP的连线; 

11）双击AXI Uartlite IP，打开界面，把AXI CLK Frequency修改为50（板卡晶振为50M）。单击UART端口，引出外设IO;12）双击AXI GPIO IP,打开界面，把GPIO通道GPIO Width修改为2，勾选Enable Dual Channel，把GPIO2通道GPIO Width修改为1。点击展开GPIO端口，点击gpio_io_o端口，引出外设IO

13）完成后，点击布局重置按钮重新布局，如下图所示：

图 9

14）Ctrl+S保存设计。

综合、实现、生成比特流文件

1）保存后，在Sources窗格中鼠标右键design1，选择Generate Output Products...，开始BD工程综合，如下图所示：

图  10

2）在Sources窗格中BD文件点击右键，选择Create HDL Wrapper，自动更新Sources列表，同时工程没有顶层，则自动设置为顶层;3）在界面上方工具栏中，选择Toos>Settings…在弹出的界面中点击Synthesis栏，取消勾选Post_Synthesis Netlist Optimizing;

图 11

4）完成后继续点击Flow Navigator中的SYNTHESIS栏中的Run Synthesis进行工程综合；

5）综合结束后在界面上方工具栏中，选择Toos >I/O Planning编辑管脚指定；

图 12

6）完成后在SYNTHESIS栏中点击Edit Timing Constraints添加2个时序约束后保存；

图 13

7）完成后继续点击左侧Run Implemenation按钮进行布局布线编译实现；8）在PROGRAM AND DEBUG栏点击Generate Bitstream。连接开发板，完成后点击Open target启动Programmer下载码流。下载成功后默认状态为led1和led2交替闪烁。

导出SDK并启动

1）在顶部工具栏中，选择File>Export>Export Hardware导出硬件工程到SDK；

图 14

2）在工具栏中，选择File>Launch SDK，使用默认工程，启动SDK；

图 15

3）启动SDK后，如下界面，点击Create a project,弹出如下界面：

图 16

4）选择New Application->Application project,输入工程名helloworld，依次默认配置点击Finish完成创建；

图 17

5）工程属性无需配置，工程中集成了例程，如下图：

图 18

6）构建。构建成功后左侧生成Debug文件夹

图  19

7）进行上板运行

a）在工程名称上点击右键，弹出界面选择run as  

图 20

b）点击后弹出如下界面，在GDB OpenOCD Debugging按钮双击即可

图 21

c）完成后，点击run可开始板卡联调，成功如下图所示：

图 22

5）连接串口。选择SDK界面下方的Terminal窗口，点击下图的按钮

图 23

6）在弹出窗口中，进行如下配置：

图 24

7）点击OK后，点击EQ6HL45板卡上的复位按钮(F2)，Terminal界面出现了’Hello RISC-V World’字样。

图 25

中科亿海微电子科技（苏州）有限公司，是中国科学院“可编程芯片与系统”研究领域的科研与产业化团队，按照国家创新驱动发展战略，发起成立的以“可编程逻辑芯片与可重构系统”为技术特色的高新技术企业。公司坚持全正向设计技术路线，自主研制具有高可靠性的嵌入式可编程电路IP核、可编程逻辑芯片、EDA软件与可重构系统，提供具有高性能和自适应计算的行业解决方案和集成电路设计服务，具有较完善的知识产权保护体系。