我們在AMD FPGA和SoC中創(chuàng)建的設計實現(xiàn)了復雜的功能，例如電機控制，圖像處理，機器學習或信號處理。

像任何行業(yè)幫助開發(fā)可編程邏輯應用程序一樣，我們使用標準接口來實現(xiàn)重用和簡化設計。在FPGA開發(fā)中最流行的接口是Arm可擴展接口(AXI)，它為開發(fā)人員提供了一個完整的高性能，如果需要的話，還可以緩存相干存儲器映射總線。

AXI是為管理者(事務的發(fā)起者)和下屬(事務的響應者)之間的高速突發(fā)傳輸而設計的。AXI內(nèi)存映射總線提供以下通道

?地址寫—待寫的地址數(shù)據(jù)，保護模式

?寫通道-寫數(shù)據(jù)突發(fā)

?寫響應-完成數(shù)據(jù)爆發(fā)后的寫狀態(tài)

?Address Read -要讀取的地址，保護模式

?讀取通道-讀取數(shù)據(jù)突發(fā)

雖然AXI通常在一個管理者和多個下屬之間連接，但AXI是一個點對點協(xié)議。為了將單個經(jīng)理連接到多個下屬，我們需要使用實現(xiàn)交叉開關的AXI互連。

對于許多應用程序，使用了AXI的精簡版本，它提供了稱為AXI Lite的單節(jié)拍讀寫訪問。

當您第一次接觸FPGA設計時，使用AXI可能是一個挑戰(zhàn)，并且我們通常使用處理器來配置AXI網(wǎng)絡上的外設。

然而，通過UART從外部到FPGA訪問AXI網(wǎng)絡的能力對于板啟動和使設備在最終開發(fā)中相互通信非常重要。

在Adiuvo，我們開發(fā)了一個簡單的協(xié)議，可以從SPI， I2C或UART接口，并將實現(xiàn)對AXI網(wǎng)絡的讀寫訪問。我們開發(fā)的IP提供了進行突發(fā)傳輸?shù)哪芰?，但是對于這個應用程序，我們將研究如何在每個方向上進行AXI Lite傳輸。

這種方法非常有用，因為您可以非常簡單地從外部訪問AXI網(wǎng)絡，并且在板啟動期間確定寄存器設置等，這對軟件可能很有用。它還可以在系統(tǒng)開發(fā)中實現(xiàn)從MCU到小型FPGA的簡單接口。

這個概念

其實現(xiàn)背后的概念是模塊化的，將通信接口與協(xié)議和AXI轉(zhuǎn)換分離開來。通過這種方式，可以根據(jù)具體情況使用不同的通信模塊。

在這種情況下，UART的通信接口將使用AXI流發(fā)送和接收信息。協(xié)議塊將AXI流字節(jié)轉(zhuǎn)換為AXI Lite命令，反之亦然。

然后，這個協(xié)議塊可以連接到AXI互連，從而可以訪問所有連接的AXI外圍設備。

該協(xié)議

為了能夠進行傳輸，我們需要有一個定義好的協(xié)議，該協(xié)議能夠?qū)⒋罅孔止?jié)轉(zhuǎn)換為AXI讀或?qū)懨睢?

?寫操作碼- 1字節(jié)，值0x09

?讀操作碼- 1字節(jié)，值0x05

?地址- 4字節(jié)AXI交互的地址

?長度- 1字節(jié)，對于AXI Lite實現(xiàn)總是1

?有效載荷-要寫的字或接收的數(shù)據(jù)，為AXI Lite讀取或?qū)懭胩峁?字節(jié)

?要創(chuàng)建此解決方案，我們需要創(chuàng)建兩個自定義IP塊AXIS UART和協(xié)議塊

The UART

AXIS UART的代碼如下-這個UART沒有協(xié)議，需要2個停止位。

而所需的包裹是

AXIS協(xié)議

實現(xiàn)AXI協(xié)議的代碼可以在下面看到——如果你像Adiuvo那樣生產(chǎn)它，AXI狀態(tài)機可以被寫進一個過程來簡化調(diào)用。

然后可以將這些模塊集成到新的Vivado項目中。

Vivado項目

對于這個Vivado項目，我將針對連接到其IO載波卡的MicroZed板，盡管這種方法可以與任何AMD SoC或FPGA一起使用。

我們還可以將上述UART和Protocol的文件添加到項目中。

一旦項目開放，我們需要將UART和協(xié)議塊添加到塊設計中。

還添加了AXI BRAM控制器和BRAM，最終的圖應該如下所示：

生成輸出產(chǎn)品，我們就可以用cocotb來模擬設計了。

COCOTB模擬

Cocotb允許我們使用Python模擬設計，如果您不確定如何設置Cocotb，請參閱我的博客

在cocotb中，我們需要一個python刺激文件和一個make文件，它可以拉入所有構(gòu)建對象。

python刺激文件如下所示

當make文件看起來像-時，您需要將項目名稱的路徑更新到它們在系統(tǒng)中的位置

一旦模擬顯示通過并報告通過UART編寫的信息，我們就可以構(gòu)建應用程序并在硬件上進行測試。

為了在硬件上構(gòu)建它，我將處理器核心插入到塊設計中，以啟用PS時鐘和復位。

更新后的框圖如下所示

硬件測試

我們可以使用任何LOGIC LEVEL UART來測試設計，但是，我在辦公室里有幾個RPi PICO，它們可以制作出色的USB到UART轉(zhuǎn)換器，并使我能夠在PICO本身上編寫應用程序。

為此，我將Pico上UART 0上的TX和RX引腳連接到FPGA RX和TX引腳。記住也要連接接地，這樣它們就有一個共同的參考。

該應用程序是使用micro python在Pico上創(chuàng)建的

當運行我添加到調(diào)試設計中的System ILA時，我們可以清楚地看到協(xié)議塊對AXI塊RAM控制器執(zhí)行的讀寫操作

我們可以看到數(shù)據(jù)在anthony中被讀回

結(jié)論

我們可以使用一個簡單的接口，如UART / SPI/ I2C來提供對AXI網(wǎng)絡的訪問。當調(diào)試設計或使小型FPGA連接到小型MCU時，這可以帶來很大的好處。

本文編譯自hackster.io