#技术风云榜#添加VGA和I2C模块到ORPSoC并测试验证

qsoiuwisjiuw · 发表于 2020-11-13 14:30

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本帖最后由 qsoiuwisjiuw 于 2020-11-13 14:31 编辑

1，实验步骤
本小节，我们将vga_enh模块添加到ORPSoC，进行RTL仿真，并在ML501开发板上进行验证。大体过程如下：

1>修改RTL代码，将vga_enh模块挂到ORPSoC的wishbone总线上。

2>编写裸机测试程序

3>仿真

4>下板子测试

2，修改RTL代码
在修改代码之前，一定要先把ORPSoC的结构弄明白。

如何将vga_enh挂到总线上呢，主要有两种方式：其中一种方式是将其master接口挂到dbus_arbiter上，另外一种方式是挂在ddr2的控制器上。两种不同的挂法，示意如下：

挂在dbus_arbiter上：

直接挂在ddr2控制器上：

这两种方式都算是DMA，我们这里两种方式都支持，两种方式通过define语句决定。暂时选择第二种方式。

当然，无论采用哪种方式，其总线地址都是唯一的，我们这里分配为0x97000000.

其实，对于ML501开发板而言，其本身并没有VGA接口，而是DVI接口，由于vga_enh这个模块不仅支持VGA输出，也支持DVI输出，但是需要注意的是，如果想利用ML501的DVI接口输出，就需要配置ML501板子上的CH7301这个芯片，由于配置CH7301需要I2C总线，所以我们除了想ORPSoC中增加vga_enh模块之外，还要增加i2c控制器模块。

ORPSoC本身包含两个i2c_master_slave，为了简单起见，我们将其中一个替换成i2c_master。

3，编写测试程序
无论是进行RTL仿真，还是下板验证，我们都要先编写相应的测试程序。

vga.c：

/*
* file name : vga.c
* function  : vga controller test
* date    : 2014-01-10
* author : Rill
*/

#include "cpu-utils.h"
#include "board.h"
#include "int.h"
#include "uart.h"
#include "printf.h"

//---VGA defines
#define RILL_VGA_BASE 0x97000000
#define VGA_IRQ 22
#define FRAME_BUF_BASE 0x0  //30MB
#define FRAME_BUF_SIZE 0x1000

//---I2C core defines
#define RILL_IIC_BASE 0xa0000000
#define IIC_REG_ADR_PRER_LO 0x0
#define IIC_REG_ADR_PRER_HI 0x1
#define IIC_REG_ADR_CTR          0x2

#define IIC_REG_ADR_RXR_W    0x3
#define IIC_REG_ADR_SR_W    0x4
#define IIC_REG_ADR_TXR_W    0x3
#define IIC_REG_ADR_CR_W    0x4

#define IIC_REG_ADR_RXR_R    0x3
#define IIC_REG_ADR_SR_R    0x4
#define IIC_REG_ADR_TXR_R    0x5
#define IIC_REG_ADR_CR_R    0x6

//-----CH7301 defines
#define CH7301_ADR 0x76

#define CH7301_REG_ADR0       0x49
#define CH7301_REG_ADR1       0x1f
#define CH7301_REG_ADR2       0x21
#define CH7301_REG_ADR3       0x33
#define CH7301_REG_ADR4             0x34
#define CH7301_REG_ADR5             0x36
#define CH7301_REG_ADR6             0x1c
#define CH7301_REG_ADR7             0x48

#define CH7301_REG_DATA0       0xc0
#define CH7301_REG_DATA1       0x98
#define CH7301_REG_DATA2       0x09
#define CH7301_REG_DATA3       0x08
#define CH7301_REG_DATA4       0x16
#define CH7301_REG_DATA5       0x60
#define CH7301_REG_DATA6       0x00
#define CH7301_REG_DATA7       0x19

//---VGA data structure
typedef struct vga_regs
{
      unsigned int ctrl; //0x0
      unsigned int stat; //0x4
      unsigned int htim; //0x8
      unsigned int vtim; //0xc
      unsigned int hvlen; //0x10
      unsigned int vbara; //0x14
      unsigned int vbarb; //0x18

}rill_vga_regs_s;

//----I2C core data structure
#if 0
typedef struct i2c_regs
{
      unsigned char prer_lo;//3'b000
      unsigned char prer_hi;//3'b001
      unsigned char ctr;//3'b010
      unsigned char rxr;//3'b011
      unsigned char sr;//3'b100
      unsigned char txr;//3'b101
      unsigned char cr;//3'b110
}rill_i2c_regs_s;

#endif
//===== funcs

/* The vga interrupt handler. */
void vga_interrupt(void)
{
      int i = 0;
      i = 1;
      return;
}

void my_vga_setup(void)
{
      volatile rill_vga_regs_s * vga_regs;
      unsigned int thsync = 127;
      unsigned int thgdel = 87;
      unsigned int thgate = 799;
      unsigned int thlen = 1056;
      unsigned int tvsync = 3;
      unsigned int tvgdel = 22;
      unsigned int tvgate = 599;
      unsigned int tvlen = 628;

      vga_regs = (rill_vga_regs_s*)(RILL_VGA_BASE);

      /* config vga regs*/
      //==1==-> stop vga core
      vga_regs->ctrl = 0x0;

      //==2==-> set vbara reg:0x
      vga_regs->vbara = FRAME_BUF_BASE;

      //==3==-> set vbarb reg
      vga_regs->vbarb = FRAME_BUF_BASE + FRAME_BUF_SIZE;

      //==4==-> set htim reg
      vga_regs->htim = (thsync << 24) | (thgdel << 16) | thgate;
      //==5==-> set vtim reg
      vga_regs->vtim = (tvsync << 24) | (tvgdel << 16) | tvgate;
      //==6==-> set hvlen reg
      vga_regs->hvlen = (thlen << 16) | tvlen;
      //==7==-> start vga core:0000_0000_0000_0000_0000_0110_0000_0001
      vga_regs->ctrl = 0x621;

      return;
}

void i2c_reg_write(unsigned int reg_wb_adr,unsigned char value)
{
      //volatile unsigned int * i2c_reg;
      //i2c_reg = (unsigned int *)(RILL_IIC_BASE + reg_wb_adr);
      //i2c_reg = value;
      REG8(RILL_IIC_BASE + reg_wb_adr) = value;

      return;
}

unsigned char i2c_reg_read(unsigned int reg_wb_adr)
{
      unsigned char ret = 0;
      //volatile unsigned int * i2c_reg;
      //ret = (unsigned int *)(RILL_IIC_BASE + reg_wb_adr);

      ret = REG8(RILL_IIC_BASE + reg_wb_adr);
      return ret;
}

void i2c_wait_ack(void)
{
      volatile unsigned int tip = 0;//SR:[ack_from_wr,busy,sl,0,0,0,tip,irq]

      do
      {
            tip = (REG32(RILL_IIC_BASE+IIC_REG_ADR_SR_R) & 0x02000000);
      }while(tip);
}

void i2c_write(unsigned char i2c_adr,unsigned char data)
{
      i2c_reg_write(IIC_REG_ADR_TXR_W,(CH7301_ADR<<1) & 0xfe);//present slave addr(ch7301,0x76),set write bit
      i2c_reg_write(IIC_REG_ADR_CR_W,0x90);//set commond(start,write),CR:[sta,sto,rd,wr,ack2rd,0,0,iack]
      i2c_wait_ack();
      i2c_reg_write(IIC_REG_ADR_TXR_W,i2c_adr);
      i2c_reg_write(IIC_REG_ADR_CR_W,0x10);//set commond(write)
      i2c_wait_ack();
      i2c_reg_write(IIC_REG_ADR_TXR_W,data);
      //i2c_reg_write(IIC_REG_ADR_CR_W,0x10);//set commond(write)
      //i2c_wait_ack();
      i2c_reg_write(IIC_REG_ADR_CR_W,0x50);//set commond (write,stop)
      i2c_wait_ack();
      return;
}
void i2c_read(unsigned char i2c_adr,unsigned char* data)
{
      i2c_reg_write(IIC_REG_ADR_TXR_W,(CH7301_ADR<<1) & 0xfe);//present slave addr(ch7301,0x76),set write bit
      i2c_reg_write(IIC_REG_ADR_CR_W,0x90);//set commond(start,write),CR:[sta,sto,rd,wr,ack2rd,0,0,iack]
      i2c_wait_ack();
      i2c_reg_write(IIC_REG_ADR_TXR_W,i2c_adr);
      i2c_reg_write(IIC_REG_ADR_CR_W,0x10);//set commond(write)
      i2c_wait_ack();
      i2c_reg_write(IIC_REG_ADR_TXR_W,(CH7301_ADR<<1) | 0x01);
      i2c_reg_write(IIC_REG_ADR_CR_W,0x90);
      i2c_wait_ack();
      i2c_reg_write(IIC_REG_ADR_CR_W,0x28);//set commond (read,nack_read),read comolete!
      i2c_wait_ack();
      * data = i2c_reg_read(IIC_REG_ADR_RXR_R);
      return;
}
void my_i2c_init(void)
{
      i2c_reg_write(IIC_REG_ADR_PRER_LO,0xff);//load prescaler lo-byte
      i2c_reg_write(IIC_REG_ADR_PRER_HI,0x00);//load prescaler hi-byte
      i2c_reg_write(IIC_REG_ADR_CTR,0x80);//enable core
      return;
}
void my_ch7301_init(void)
{
      unsigned char data = 0;
      i2c_write(CH7301_REG_ADR0,CH7301_REG_DATA0);
      i2c_write(CH7301_REG_ADR1,CH7301_REG_DATA1);
      i2c_write(CH7301_REG_ADR2,CH7301_REG_DATA2);
      i2c_write(CH7301_REG_ADR3,CH7301_REG_DATA3);
      i2c_write(CH7301_REG_ADR4,CH7301_REG_DATA4);
      i2c_write(CH7301_REG_ADR5,CH7301_REG_DATA5);
      i2c_write(CH7301_REG_ADR6,CH7301_REG_DATA6);
      i2c_write(CH7301_REG_ADR7,CH7301_REG_DATA7);
      //read ch7301 data back
      //i2c_read(CH7301_REG_ADR0,&data);
      return;
}
void delay(unsigned int delay)
{
      unsigned int time;
      time = delay;
      while(time--)
      {
            while(delay--);
      }
      return;
}
void my_i2c_setup(void)
{
      my_i2c_init();
      my_ch7301_init();

      return;
}
int main (void)
{
      /* Initialise handler vector */
      //int_init();
      /* Install ethernet interrupt handler, it is enabled here too */
      //int_add(VGA_IRQ, vga_interrupt, 0);
      /* Enable interrupts in supervisor register */
      //cpu_enable_user_interrupts();
      uart_init(0);
      printf("\n\t <1-> uart_init done!\n\0");

      my_i2c_setup();/* configure IIC & CH7301*/
      printf("\n\t <2-> i2c_setup done!\n\0");

  my_vga_setup(); /* Configure VGA */
      printf("\n\t <3-> vga_setup done!\n\0");

      return 0;
//       exit(0x8000000d);

}

makefile：
# Set the path to our board's root directory
BOARD_SW_ROOT=../../..

include $(BOARD_SW_ROOT)/Makefile.inc

%.dis: %.elf
      $(Q)$(OR32_OBJDUMP) -d $< > $@

%.bin: %.elf
      $(Q)$(OR32_OBJCOPY) -O binary $< $@

clean:
      $(Q)rm -f *.elf *.bin *.vmem *.flashin *.dis

4，RTL仿真
在下板验证之前，强烈建议先进行RTL仿真。

在搭建好仿真环境之后，我们就可以进行全系统仿真了，步骤如下：

a，创建软件仿真目录和软件程序

cd ~/soc-designed/orpsocv2/boards/xilinx/ml501/sw/tests/
mkdir vga
cd vga
mkdir sim
cp /path/to/vga.c /path/to/Makefile ./

效果如下所示：
其中vga.elf文件使用“make vga.elf”命令产生的，在下板验证时使用。

b，开始仿真
cd ~/soc-designed/orpsocv2/boards/xilinx/ml501/sim/run/
make rtl-test TEST=vga VCD=1 PRELOAD_RAM=1 VCD_DELAY=xxx_ps END_TIME=yyy_ps
gtkwave ../out/vga.tar.gz

其中“TEST=vga”是指定本次仿真所使用的软件；“VCD=1”是指本次仿真将保存仿真波形数据到VCD文件；“PRELOAD_RAM=1”是指本次仿真将从RAM开始，具体请参考bootrom的相关代码（board.h中）；“VCD_DELAY=xxx_ps”是指定VCD数据保存的开始时间，单位为ps；“END_TIME=yyy_ps”是指定仿真结束时间，当然如果软件指令执行完了，但是仿真时间还没到，也会结束仿真，可通过修改or1200_monitor.v中的相关代码来实现指令执行完之后等待END_TIME。
在仿真结束后，在../out/目录下会生成波形文件，通过gtkwave既可以打开，如果vcd文件太大，可利用modelsim的vcd2wlf工具将vcd文件转换成wlf格式，再用modelsim打开查看波形。仿真时间和转换时间都比较长，请耐心等待。

c，查看波形
通过gtkwave和modelsim，产看vga和i2c_master模块的相关寄存器和端口输出，确定没有任何问题。

当然，需要注意的是，如果想仿真，就需要在bench的顶层模块例化i2c的仿真模型。

d，可以直接使用的工程

6，下板验证
在RTL仿真并确认没有问题之后，我们就可以下板验证了，在用ise综合之前要先给vga和i2c模块分配对应的引脚。

并将板子的DVI接口连接到显示器。

综合完成之后，用iMPACT将bit文件下载到ML501开发板，运行adv_jtag_bridge，运行or32-elf-gdb，将vga.elf下载到内存，并运行。

这时，我们就可以看到显示器的输出了。下图就是我的运行结果：

需要注意的是，如果这时你连接了ML501的串口到PC并打开putty的话，你还会看到如下打印信息：

这说明，我们添加的vga_enh模块，和i2c_master模块都work了！！

7，小结
本小节，我们向ORPSoC中添加了vga_enh模块和i2c_master模块，并经过了仿真并最终下板验证。

younicp · 发表于 2020-11-13 15:23

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