【蜂鸟E203的FPGA验证】Chap.7 Vivado综合与性能分析-建立Vivado工程

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建立Vivado工程的详细步骤可见之前的博客

Vivado 蜂鸟 e203 MCU200T/DDR200T 逻辑综合 RISC-V 详细教程
https://blog.csdn.net/qq_43858116/article/details/123648746

Vivado 蜂鸟 e203 烧录下载MCU200T/DDR200T FPGA-FLASH里 bit/mcs/bin文件 详细教程 RISC-V
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0. Vivado与综合

  综合就是把硬件描述语言转换为与其相对应的查找表和寄存器构成的功能电路[15]。本设计基于Xilinx Vivado 2019完成了工程建立、内核编译、板载时钟管理、硬件选择、引脚匹配、性能分析、内核烧写 、测试分析，Vivado界面如图3-9所示。

图3-9 Vivado界面

1. 建立Vivado工程

2. 导入Verilog RTL源代码

  E203内核源代码的结构非常清晰，整体呈现层次化的结构，从顶部模块e203_cpu_top到底部各个功能模块都一层一层地去例化，如图3-10所示。因为SRAM包含内存和缓存，并不涉及流水线结构的逻辑设计，只有访存功能，所以顶层的e203_cpu_top例化将逻辑设计和内存部分分开，两个模块e203_cpu和e203_SRAM分别是E203内核所有的流水线逻辑设计部分e203_cpu和存储单元SRAM部分。除了Verilog RTL代码，还需要为处理器系统分配板载时钟和板载I/O引脚的物理约束。

图 3-10 E203内核里的模块层次

3. 时钟管理-DDR200T开发板

1. 单端100MHz的时钟，为FPGA子系统的主时钟输入，是板载开发板自带的晶振，经查询产品手册里板载原理图可见该部分的电路图如图3-11所示。
   

图3-11 100MHz板载时钟的原理图

2. 单端32.768KHz时钟，为蜂鸟E203MCU的低速时钟输入，是板载开发板自带的另一个晶振。一般处理器的设计有个重要的单位是1Hz，而一般晶振的时钟频率是32.768KHz通过15次分频后得到的频率恰好单元1Hz，也就是1秒钟的时间，用于计时。经查询产品手册里原理图可见该部分的电路图如图3-12所示。
   

图3-12 32.768KHz低速时钟输入时钟原理图

  定义FPGA工程顶层设计模块system_top.v在时序分析时添加两个IP核用做时序仿真时候的时钟管理，提供各部分的时钟：MMCM( Mixed Mode Clock Manager, 混合模式时钟管理器)独立IP为高性能的FPGA设计提供更高性能的时钟管理功能，PSR（Processor System Reset，处理核系统重置器）[20]，如图3-13所示。

图3-13 添加的两个IP参数（左图ip_MMCM，右图ip_PSR）

  使用MMCM将主时钟100MHZ分频为8.388MHz和16MHz，使用PSR创建一个reset复位模块。对顶层设计中的各模块添加相应的时钟，定义模块的时钟输入。综合后添加时钟管理IP后的处理器的综合结构如图3-14所示。

图3-14 时钟管理后的综合结构

4. 引脚约束

  在Vivado建立一个FPGA工程不仅需要添加时钟，还需要增加板载的引脚约束对I/O引脚进行例化，使之连接到FPGA芯片外部的Pin脚上增加电气属性规定，从而实现将输入输出的功能映射到物理的开发板上[20]，部分引脚约束如表3-2所示。

表3-2 DDR200T上E203内核的部分引脚约束文件

Pin引脚	端口名称	电气属性
W19	CLK100MHZ	时钟周期为10us
Y18	CLK32768KHZ	时钟周期为30517.58us
T6	fpga_rst	LVCMOS15
P20	mcu_rst	LVCMOS33
spi0-FLASH define
W16	qspi0_cs	LVCMOS33
W15	qspi0_sck	LVCMOS33
U16	qspi0_dq[3]	LVCMOS33
T16	qspi0_dq[2]	LVCMOS33
T14	qspi0_dq[1]	LVCMOS33
T15	qspi0_dq[0]	LVCMOS33
MCU JTAG define
N17	mcu_TDO	LVCMOS33
P15	mcu_TCK	LVCMOS33
T18	mcu_TDI	LVCMOS33
P17	mcu_TMS	LVCMOS33
PMU-power define
U15	pmu_paden	LVCMOS33
V15	pmu_padrst	LVCMOS33
N15	mcu_wakeup	LVCMOS33