基于FPGA的乒乓球游戲參考設計

1、基于XILINX-FPGA的乒乓球游戲參考設計一、背景：Xilinx 大學計劃（xilinx university plan簡稱XUP）一直致力于為工程課程提供新一代軟件和硬件設計流程。全球數(shù)千所使用 Xilinx 系統(tǒng)進行教學和研究的大學都加入其中。自 1985 年成立之初，Xilinx 就一直與大學保持著密切聯(lián)系，通過XUP計劃，學術機構可以獲取第三方供應商提供的最新開發(fā)工具和開發(fā)板。利用xilinx最新的 FPGA 技術可以讓教育和研究實驗室與世界保持同步。FPGA（Field Programmable Gate Array現(xiàn)場可編程門陣列）是在PAL、GAL、PLD 等器件的基礎上進一

2、步發(fā)展的產(chǎn)物，是專用集成電路（ASIC）中集成度最高的一種。FPGA可以用VHDL或verilogHDL來編程，靈活性強，由于能夠進行編程、除錯、再編程和重復操作，因此可以充分地進行設計開發(fā)和驗證。當電路有少量改動時，更能顯示出FPGA的優(yōu)勢，其現(xiàn)場編程能力可以延長產(chǎn)品在市場上的壽命，而這種能力可以用來進行系統(tǒng)升級或除錯。二、板卡描述：EXCD-1 是一款易于使用的開發(fā)板，它能夠實現(xiàn)大量基于FPGA 的數(shù)字系統(tǒng)。開發(fā)板采用Xilinx Spartan 3E FPGA 器件，板上資源豐富，有2Mbytes 的Flash 和1Mbytes的快速SRAM，以及各種輸入輸出設備，可以方便的設計具有各種

3、功能的數(shù)字系統(tǒng)，也可設計含有Xilinx MicroBlaze 軟核的嵌入式處理器系統(tǒng)。EXCD-1 開發(fā)板有5 個擴展接口，可靈活的擴展各種功能模塊，如數(shù)模轉換模塊，模數(shù)轉換模塊，LCD 顯示模塊等。外設列表版載外設擴展外設LED顯示燈8個LCD液晶模塊1個撥動開關8個A/D模塊1個低電平有效按鈕8個D/A模塊1個VGA端口1個溫度模塊1個PS2端口1個旋鈕編碼器模塊1個RS232接口1個EEPROM1個4位七段數(shù)碼管1個紅外收發(fā)模塊1個直流電機模塊1個注：擴展外設是通過4個具備8 個IO 信號的12 腳擴展I/O 接口，分別為J5-EXPORT1、J6-EXPORT2、J7-EXPORT3

4、、J10-EXPORT5，每個接口1-8 號管腳與FPGA 的IO 引腳相連，另外四個管腳分別為DC +3.3V（VCC33D）與GND。其中J5-EXPORT1 受控于8 位DIP 開關JP2，J10-EXPORT5 受控于8 位DIP 開關JP1。三、培訓資料（1）高教社提供：EXCD-1板卡和光碟2張（2）XILINX提供：EDK例程 1個（基于HEP板的VGA游戲）和相關技術資料四、參考設計傳感器RS232A/D鍵盤FSLVGAMicroblaze七段譯碼器.LCD我們建議使用XPS（Xilinx Platform Studio）工具搭建基于XILINX-FPGA的SOC總線結構。如下

5、圖所示：PLB在本參考設計中只包含mircoblaze通過FSL總線驅動VGA,在屏幕上顯示一些基本元件.RS232用作創(chuàng)建的最小系統(tǒng)的檢測。(結構見圖中天藍顏色部分).本參考設計的硬件實物參照圖如下:基于FPGA的乒乓球游戲參考設計詳細流程目 錄Abstract1建立一個最小系統(tǒng)1.1 打開XPS創(chuàng)建系統(tǒng)1.2 生成測試文件2添加VGA/FSL外圍設備2.1 創(chuàng)建VGA的P核2.2 安裝VGA的模板核2.3 重新導入VGA的模板核2.4 連接VGA核到內核2.5 連接VGA核到外部引腳2.6 VGA核的約束2.7 實踐3用C編制游戲程序3.1 添加軟件工程3.2 設置1創(chuàng)建最小系統(tǒng)1.1 打

6、開XPS并創(chuàng)建一個系統(tǒng)1.2 生成測試文檔.建立好工程后.點菜單Device Configuration選Update Bitstream,生成一個最終的bit文件.將HEP板子與下載器連接好,下載器連接電腦并安裝驅動,將HEP板子的232口和電腦的232口連接.然后在設置超級終端.方法是”開始”->所有程序->附件->通訊->超級終端,將屬性設置成 115200/8/無/1/無.設置完成后,將bit文件下載到HEP板卡上.在超級終端上你可以看到說明板卡一切正常.可以完成接下來的項目了.2添加VGA FSL外圍設備2.1 建立VGA的P核在HARDWARE目錄下，選擇C

7、REATE OR IMPORT PERIPHERAL，然后按照以下步驟完成向導注意：CPU需要配置4道32位外圍通道，因為在我們這個例程中要用到2個動態(tài)項目（一對32位的X和Y數(shù)據(jù)）FSL的外圍配置已經(jīng)完成了，接下來就是VGA模塊。2.2 安裝VGA的模板核拷貝我們給出的VHDL文件到你的工程目錄下的pcoresvga_v1_00_ahdlvhdl目錄。路徑必須正確，在那個文件夾下會有一個VGA.vhd文件。最好花點時間把你拷貝的文件看懂。VGA.vhd文件是FSL總線的封裝文件，它的作用是讀取4個數(shù)據(jù)（2對XY）然后發(fā)送到外部顯示編碼器。VGA_TOP.VHD是顯示編碼器單元。其中包含了2個

8、元件：VGA_SYNC.VHD 和 VGA_BUFFER.VHD.2.3重新導入VGA的模板核用CREATE OR IMPORT PERIPHERAL選項重新將定義好的VGA FSL導入XPS這里選是vga.vhd必須作為第一個文件，否則你會出現(xiàn)錯誤提示。2.4 連接VGA核到內核添加FSL外設到你的內核進程中。在SYSTEMS ASSEMBLY VIEW中的BUS INTERFACES視窗中，右擊MICROBLAZE_0 并選擇選項Configure Coprocessor.然后按照以下步驟設置。2.5 連接VGA核到外部引腳這一步非常的重要，我們需要給VGA安排外部引腳（比如 RGB，HS

9、YNC 和 VSYNC）。在SYSTEMS ASSEMBLY VIEW的Ports視圖中.展開 VGA_0 并且為3個相關引腳選擇 MAKE EXTERNAL. 以下是部分相關截圖。2.6 VGA核的約束（UCF）現(xiàn)在RGB, HSYNC 和VSYNC已經(jīng)是外部引腳了，我們需要給讓他們和FPGA的管腳相連。雙擊PLATFORM窗體下的UCF File: data/system.ucf。你設計中所有的約束都會顯示出來，在文件的底部添加如下的代碼。好了，現(xiàn)在關于這個簡單小游戲的 硬件定義都已經(jīng)完成了。選擇“Device Configuration Menu”目錄下的“Download Bitstr

10、eam”下載到板卡上 。將你的VGA顯示端口接到你的FPGA板卡。如果你想看你的VGA外部的VHDL核的話，這些都在RESET區(qū)域。如果一切順利，我想在你的屏幕上應該能看到以下圖案。其中藍色的線是我們定義的墻，左上角的綠色方塊就是我們定義的元件之一，在綠色的方塊下還有一個小球元件，只是被方塊覆蓋了，暫時看不到。2.7 實踐修改VHDL核能夠使小球可見。建議你修改VGA_BUFFER.VHD中的一些代碼，不需要改變外圍設備的引腳，也就是不需要重新導入。你只要改變了代碼，在“Device Configuration Menu”目錄下選“Download Bitstream”，就會自動重新編譯你改動

11、過的VHD文件。3用C編制游戲程序3.1添加軟件工程選中Applications 框體 中的 Software Projects 窗口，雙擊Add Software Application Project.，建立一個名稱為vga.應用程序。在工程目錄下建立一個vga_test的目錄，然后將我們提供的vga_test.c , gpio_header.h, xgpio_tapp_example.c復制到該目錄下。回到XPS，雙擊Sources添加vga_test目錄下的所有C源程序。雙擊Headers添加vga_test目錄所有頭文件。然后右擊Project: vga_test，選擇Mark to Ini