基于FPGA的CYUSB3014双向通信实验

开发环境

• 小梅哥AC6102开发板（内含CYUSB3014芯片）
• quartus prime17.1
• win10
• 带usb3.0接口的电脑
  只要带CYUSB3014芯片的fpga开发板都可以参考本教程

准备工作

• 缓冲区可以通过固件来配置，上图是2缓存，每个缓冲区是1kB,为了提高性能，我在固件中设置的是4缓存，每个缓冲区16KB.数据总线32位宽，时钟100MHz，实测上下行通信都能达到338MB/s。

• CYUSB3014芯片与fpga连接还是和usb2.0的一样，使用的是GPIF接口，我们只需要把CYUSB3014当成fifo来使用即可。

驱动

• 先安装FX3_SDK_Windows_v1.3.3，这个软件安装目录，下面有简称为SDK
• 在SDK目录中，有提供很多文档、固件实例和相应的驱动
• 在进行试验前要先安装好cypress提供的usb驱动，插上usb后，电脑就会检测到未识别的设备，这时打开设备管理器，右键未识别的usb，然后手动选择驱动。
  

  固件

  • 对于固件这块，有兴趣的同学可以自己去研究一下，如果只是使用的话，就可以直接使用我写好的固件。使用本实例的固件，你就可以基本可以把当成usb2.0一样使用了，因为他们都是slave fifo模块。
  • 如果自己想折腾一下的话，需要注意的就是标志信号的设置，usb标志信号比较灵活。下面主要讲解一下标志信号的设置。

  GPIF II Designer

  Cypress官方提供了一个软件，可以用来设置gpif接口信号（包括标志信号），本教程只针对slave fifo，其他的模式自己去查看文档。
  
• 打开GPIF II软件
  
  点击红色圈的地方
  
• 想要编辑更多的信息，点击 File->Save project as Editable…
  
  左边编辑区按上图设置，右边的框图主要是设置标志信号FLAGA/FLAGB/FLAGC/FLAGD.双击右边的标志，各标志设置如下所示：
  
  
  
  
• 四个标志都设置为低有效！！！初始值倒无所谓，并且都设置为专用标志
• 设置完后，只需要编译一下就可以了生成我们需要的头文件了。
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• 将这个.h文件放到固件的工程中，替换固件相应的.h文件即可。
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• 这些我都已经做好了，如果你没有说明特别的需要，就直接使用我的固件工程即可，就不需要自己再去设计GPIF接口了。

写标志

• flag_a和flag_b设置成线程0（P2U，即FPGA往CYUSB3014写）专用标志，flag_b为有水印值标志，
• 当写满时，正常的flag_a会拉低，但是拉低的时间有点迟了，导致fpga检测到flag_a为低时，已经写溢出了，而flag_b的水印值可以使标志提前拉低，以便fpga检测到flag_b为低，不会发生写溢出。
  
• 因为我们slwr信号是要根据flag来驱动的，假如没有水印值标志，使用flag_a，检测到flag_a == 0时，再将slwr拉高，是不是就会发生写溢出了。通过上图不难发现只需要将flag_a提前4个周期拉低就可以满足我们的要求了。所以我们设置水印值为4.到时候看看signal_tap抓的图就知道了
  

读标志

• flag_c 和 flag_d 设置成线程3（U2P，即FPGA从CYUSB3014读）专用标志，flag_d为有水印值标志，
• 当读空时，正常的flag_c会拉低，但是拉低的时间有点迟了，导致fpga检测到flag_a为低时，已经读空了，而flag_d的水印值可以使标志提前拉低，以便fpga检测到flag_b为低，不会发生读空。
  
• 和写操作类似，slrd信号是要根据flag来驱动的，假如没有水印值标志，使用flag_c，检测到flag_c == 0时，再将slrd拉高，是不是就会发生读空了。通过上图不难发现只需要将flag_c提前3个周期拉低就可以满足我们的要求了。所以我们设置水印值为3.到时候看看signal_tap抓的图就知道了
• 另外需要主要的地方是fifo_addr到数据有效有3个周期延迟

CyU3PGpifSocketConfigure设置水印值

• 打开ezUsbSuite.exe
  
• 导入本教程提供的固件工程
  
  
  
  
• 设置水印值很简单，使用CyU3PGpifSocketConfigure（）函数即可。
  

• 最后再提醒一下，fifo的大小是16k,P2U的缓冲区设置为8个，U2P缓冲区设置为4个，这种配置可以最大的提高传输速度。需要注意的是，不管是写还是读，都是以16k为单位的，也就是说即便你只是想发送一个4字节的指令，你也要发送16k字节，多余发0就可以了。
  
• 设置完后，就可以编译了，画重点了，使用debug编译的速度大概在252MB/s，使用release编译的速度大概在338MB/s.

测试

本教程提供的固件，是同时支持读写的。

下载固件

在调试期间，先将引导方式设置为usb引导

打开control center软件

读测试

打开本教程提供的fpga程序，设置slrd下降沿触发。



因为读缓冲区的大小是16k字节，而我们发送数据一般都是一些指令，数据量比较小，所以我在数据结构做了个调整，前4个字节是你要发送的数据的长度（32位），在fpga中，有cmd_flag和cmd_data信号，根据这两个信号就知道读的数据了。具体自己看我的代码。

写测试

写测试就简单了，点击transfer data-in，pc就会读取16k数据。数据为0-16‘h0000_0FFF，

测速

打开streamer软件

可以看出读写速度都差不多在338MB/s左右。性能还是不错的咯

固件固化到CYUSB3014

• 前面调试完了后，就可以将固件通过SPI的方式固化了
• 再usb引导方式下，选择 program->FX3->SPI，选择release目录下的固件。注意SPI烧写固件需要几秒钟的，不要过早断电了，看到成功后再断电！！！
  
• 将板子断电，将引导方式切换到SPI即可
  

总结

• 前面介绍了有点过于详细了，基本都是“傻瓜式教学”，其实如果你没有说明特殊要求的话，是可以直接使用本教程的固件的，固件信息如下：
• 系统时钟100MHz
• 总线位宽32位
• P2U缓冲区大小为16k,个数位8
• U2P缓冲区大小为16k,个数位4
• 读写都要以16k为单位
• flag_a：线程0专用的满标志
• flag_b：线程0水印值为4的专用局部标志
• flag_c：线程3专用的空标志
• flag_d：线程3水印值为3的专用局部标志
• FPGA状态机编写参考我的就可以了，核心部分基本不用改

福利

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