MicroBlaze控制LED入门【史上最详细】

MicroBlaze控制LED入门【史上最详细】

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本教程是写给以Xilinx官方开发板作为平台的初学者

本实例中开发环境：

• 软件平台：Win10专业版 64bit + Vivado2017.4版
• 硬件平台：Xilinx-KC705

本实例完整工程下载：请戳此处

下面是两个进阶工程，设计过程和本文要讲的LED几乎一样，这里不在赘述。

MicroBlaze控制1602_LCD下载：请戳此处

MicroBlaze控制1602_LCD+LED+UART下载：请戳此处

注：所有工程用Vivado2017.4完美运行。如果你用的是2017.4以后的版本，打开工程后按照提示升级IP即可；如果你用的是2017.4以前的版本，只能用只读模式打开无法改动。

写在前面的话

  不少同学在学习FPGA之前有接触过单片机，单片机属于ASIC。ASIC比FPGA普及得多得多，但是ASIC的功能相对固定，它是为了专一功能而生，希望对它进行任何的功能和性能的改善往往是无济于事的。打个浅显的比喻，如下图所示，如果说ASIC是布满铅字的印刷品，那么FPGA就是可以自由发挥的白纸一张。（摘自《深入浅出玩转FPGA》作者：特权同学）

  MicroBlaze是Xilinx平台上的软核。如果之前有接触过单片机可以暂时把MicroBlaze当作单片机来看待。只是我们在用单片机开发板的时候硬件结构是已经搭建好的，而且是固定的，我们只需编写需要的控制程序即可。就像上面提到的，FPGA白纸一张，现在要用通过MicroBlaze实现控制板上的LED就必须分两个部分。第一，在这张“白纸”上搭建硬件电路。第二，编写LED的控制程序。

  这就会造成一个问题：用FPGA实现一个功能，经历的步骤会更多，中间任何一个环节出错都会影响到最终结果。大家在我以下内容中就能体会到有多麻烦。

  问题来了，既然在实现相同的功能情况下，用FPGA + MicroBlaze的方式要复杂的多，而且FPGA的成本比单片机高很多，为什么要整这么麻烦，随便找个MCU不就搞定？

  这个问题的答案也是我下决心写这篇博客的原因。FPGA和ASIC各有所长，各有所限。在嵌入式领域市面上常见的有FPGA，AMR，DSP。ARM长处在于控制和管理，DSP专门为数学运算设计，而FPGA则适用于灵活性高，定制化程度高的场合。很多时候它们实现的功能无法直接代替。在科技发展过程中，出现了你中有我，我中有你的共存现象。比如ARM中有DSP；Xilinx的FPGA中有MicroBlaze软核，Zynq系列更是嵌入了ARM的硬核。在比较复杂的设计中不同的任务之间需要调度管理，依靠FPGA逻辑控制很难实现复杂任务的管理，而把任务间的调度管理交给MicroBlaze处理，会使设计变得很简单。因此，在FPGA设计中掌握软核的应用非常重要。接下来我从之前提到设计的两大部分，依次做详细说明。

  本例程作为初学的第一个例子，在这个工程示例中大部分配置参数都采用默认值，这样可以用较少的步骤很快搭建一个完整的工程，先不用理会设计细节，在比较短的时间完整的走完一个工程所有的步骤，尽快看到实验结果。这样有助于增强初学者的自信，才有可能抱着探索的心态继续学下去。后面的学习中再去探索每个参数背后的意义。

第一部分：“白纸”上搭建硬件电路

1. 打开Vivado如下图所示，点击创建工程

2. 此时弹出如下窗口，点击Next

3. 选择工程路径创建工程名，工程名建议尽量短，window路径有256Byte限制，工程名太长会导致深层子文件夹无法读取而综合失败

4. 建工程时选择不添加源文件

5. 选择板子型号

6. 点击Finish

7. 点击创建Block Design

8. 命名为Micro_led然后点OK

9. 在Diagram中点“+”号添加IP核

10. 添加MicroBlaze IP核

11. 按下图所示顺序添加时钟 IP核，添加后默认设置为输出1路100MHz时钟

12. 和上面方法一样添加LED IP核

13. 点击Run Block Automation，这一步会把MicroBlaze所需的额外IP核自动添加进来并连接

14. 点击local memory更改为32K，然后点击OK，等待完成连接

15. 完成连接后会多出三个IP，如下图

16. 接下来点击Run Connection Automation 接着会把剩下的线连接完毕

17. 在弹出的窗口中全部勾选然后点OK

18. 连接完毕后，如下图所示。这里又增加一个IP AXI interconnect 是 MicroBlaze 连接外设的桥梁

19. 生成输出。按下图所示顺序操作（这一步到22是完成FPGA设计的单个IP核的综合和实现）

20. 保持默认直接点击Generate

21. 输出顶层。按下图所示顺序操作，在弹出的中直接点击OK

22. 在Vivado的右上角看运行状态

23. 等待完成后Vivdo右上角出现Ready字样，表示综合实现完成

24. 接下来生成Bitstream文件。Bitstream是最终下载到FPGA芯片的文件。在Flow Navigator栏中找到下图所指示的位置，然后点击 Generate Bitstream

25. 此时提示没有找到实现的结果，要开始综合和实现，点击Yes。在接下来弹出的窗口中，保持默认直接点击OK。注意此处提示的综合是指整个工程的全局层面的综合，19–32步中的综合是指单个IP的综合

26. 完成Bitstream文件生成后会有下图所示的弹框，直接关闭即可

至此，第一部分结束

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第二部分 编写LED的控制程序

这部分SDK和Vivado这两个软件要来回切换，注意不要搞混

1. 在Vivado环境下，按下图所示顺序操作

2. 此时弹出如下窗口，保持默认设置直接点击OK

3. 在Vivado环境下，按下图所示顺序操作

4. 此时弹出如下窗口，保持默认设置直接点击OK，等待打开SDK完毕

5. 在SDK环境下，按下图所示顺序操作，新建SDK工程。这个工程有点类似在51单片机上用Keil建应用工程

6. 此时弹出如下窗口，按下图所示顺序操作

7. 此时进入下级窗口，按下图所示顺序操作，完成SDK工程的新建

8. 按下图所示按照文件层级关系，打开testperiph.c文件然后删除文件里面的内容

9. 将下面的程序粘贴到打开的testperiph.c文件中并按Ctrl+S保存（这里按Ctrl+S保存后会自动编译）

#include 
#include "xparameters.h"
#include "xil_cache.h"
#include "xgpio.h"
#include "gpio_header.h"
#define LED_CHANNEL 1
XGpio GpioOutput; /* The driver instance for GPIO Device configured as O/P */
XGpio GpioInput;
void delay(u32 ms)
{
	 volatile u32 Delay1=0;
	 volatile u32 Delay2=0;

	for (Delay1 = 0; Delay1 < ms; Delay1++)
	{
		for (Delay2 = 0; Delay2 < 8332; Delay2++);
	}
}
int main () 
{
   int Status;
   int cunt=0;
   Xil_ICacheEnable();
   Xil_DCacheEnable();
   Status = XGpio_Initialize(&GpioOutput, XPAR_AXI_GPIO_0_DEVICE_ID);
   	 if (Status != XST_SUCCESS)  {
   		  return XST_FAILURE;
   	 }
	 XGpio_SetDataDirection(&GpioOutput, LED_CHANNEL, 0x0);
	 XGpio_DiscreteWrite(&GpioOutput, LED_CHANNEL, 0x0);
while(1)
   {
      if(cunt==8)
    	  cunt=0;
      XGpio_DiscreteWrite(&GpioOutput, LED_CHANNEL ,0xf0);
      delay(500);
      XGpio_DiscreteWrite(&GpioOutput, LED_CHANNEL ,0x0f);
      delay(500);
      cunt++;
   }
   Xil_DCacheDisable();
   Xil_ICacheDisable();
   return 0;
}

10. 切换到Vivado环境，在Flow Navigator栏中找到并双击打开下图所指示的位置

11. 此时出现如下界面，单击图中所示的位置打开寻找目标器件

12. 如果找到器件则在localhost下就会有器件信息，（如果未找到器件一般检查板子和电脑是不是已连接好，驱动程序是不是已安装，板子电源开关是不是已打开）然后按下图所示的顺序给板子下载Bitstream文件

13. 此时弹出如下窗口，保持默认设置直接点击Program，等待下载Bitstream文件完成

14. 最后切换到SDK环境，先确保当前打开的窗口是testperiph.c，然后按下图所示的顺序操作就可以将编译好的led控制程序运行在MicroBlaze上，此时可以观察到板子上高四位LED和低四位LED交替闪动，周期大约为1秒。

到这里，整个设计流程就结束了，希望这篇博客对初学者有所帮助。如有问题可以一起交流，共同学习。邮箱：[email protected]

本实例完整工程下载链接在本文开头

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