3-1-04 FPGA使用fdma读写DDR
软件版本:vitis2021.1(vivado2021.1)
操作系统:WIN10 64bit
硬件平台:适用XILINX A7/K7/Z7/ZU/KU系列FPGA
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4.1概述
在前文的实验中我们详细介绍了FDMA的使用方法, 前面一节课演示了FDMA读写AXI-BRAM,本文我们继续使用FDMA实现对AXI-MIG的读写,以此读写DDR。由于FDMA的读写操作都是基于AXI总线,所以用户代码部分一致性也非常好,我们的状态机都不需要做修改,基本上只要把前文的BRAM IP换成MIG IP即可。
本文实验目的:
1:利用uiFDMA3.2提供的接口,编写DDR测试程序
2:对MIG接口读写仿真和测试
本系统中先将测试数据通过AXI-DMA写入DDR,再通过AXI-DMA将DDR3中数据读出。将读写数据进行对比。通过在线逻辑分析仪抓取读写数据测试读写正确性。
4.3基于图形化逻辑设计
搭建过程我们不再详细描述,不清楚的可以参考前"使用FDMA读写AXI-BRAM",搭建好的工程如下
我们主要看下MIG的配置
1:MIG配置
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2:编写FDMA的DDR测试代码
以下程序中是fdma读写操作的具体实现,先写入一定数据到DDR中,然后再读出,对比是否有错误,几个关键参数:
TEST_MEM_SIZE:定义了测试内从空间的大小,以byte为单位,是整数倍的FDMA_BURST_LEN *(fdma_wdata/8)。
FDMA_BURST_LEN:定义每次FDMA传输的长度,这个长度是整数倍的fdma_wdata或者fdma_rdata。
ADDR_MEM_OFFSET:代码了内从访问的起始地址。
`timescale 1ns / 1ps /*******************************MILIANKE******************************* *Company : MiLianKe Electronic Technology Co., Ltd. *WebSite:https://www.milianke.com *TechWeb:https://www.uisrc.com *tmall-shop:https://milianke.tmall.com *jd-shop:https://milianke.jd.com *taobao-shop1: https://milianke.taobao.com *Create Date: 2021/10/15 *Module Name: *File Name: *Description: *config sensor resgister *The reference demo provided by Milianke is only used for learning. *We cannot ensure that the demo itself is free of bugs, so users *should be responsible for the technical problems and consequences *caused by the use of their own products. *Copyright: Copyright (c) MiLianKe *All rights reserved. *Revision: 1.0 *Signal description *1) I_ input *2) O_ output *3) IO_ input output *4) S_ system internal signal *5) _n activ low *6) _dg debug signal *7) _r delay or register *8) _s state mechine *********************************************************************/ module fdma_ddr_test( output [13:0]DDR3_0_addr, output [2 :0]DDR3_0_ba, output DDR3_0_cas_n, output [0 :0]DDR3_0_ck_n, output [0 :0]DDR3_0_ck_p, output [0 :0]DDR3_0_cke, output [0 :0]DDR3_0_cs_n, output [3 :0]DDR3_0_dm, inout [31:0]DDR3_0_dq, inout [3 :0]DDR3_0_dqs_n, inout [3 :0]DDR3_0_dqs_p, output [0 :0]DDR3_0_odt, output DDR3_0_ras_n, output DDR3_0_reset_n, output DDR3_0_we_n, input sysclk );
wire [31:0] fdma_raddr; reg fdma_rareq; wire fdma_rbusy; wire [127:0] fdma_rdata; wire [15:0] fdma_rsize; wire fdma_rvalid; wire [31:0] fdma_waddr; reg fdma_wareq; wire fdma_wbusy; wire [127:0] fdma_wdata; wire [15:0] fdma_wsize; wire fdma_wvalid; wire [0:0] fdma_rstn; wire ui_clk;
parameter TEST_MEM_SIZE = 32'd1024*1024*256; parameter FDMA_BURST_LEN = 16'd512; parameter ADDR_MEM_OFFSET = 0; parameter ADDR_INC = FDMA_BURST_LEN * 16;
parameter WRITE1 = 0; parameter WRITE2 = 1; parameter WAIT = 2; parameter READ1 = 3; parameter READ2 = 4;
reg [31: 0] t_data; reg [31: 0] fdma_waddr_r; reg [2 :0] T_S = 0;
assign fdma_waddr = fdma_waddr_r + ADDR_MEM_OFFSET; assign fdma_raddr = fdma_waddr;
assign fdma_wsize = FDMA_BURST_LEN; assign fdma_rsize = FDMA_BURST_LEN; assign fdma_wdata ={t_data,t_data,t_data,t_data};
reg [8:0] rst_cnt = 0;
always @(posedge ui_clk) if(~fdma_rstn)begin rst_cnt <=0; end else begin if(rst_cnt[8] == 1'b0) rst_cnt <= rst_cnt + 1'b1; else rst_cnt <= rst_cnt; end
always @(posedge ui_clk)begin if(rst_cnt[8] == 1'b0)begin T_S <=0; fdma_wareq <= 1'b0; fdma_rareq <= 1'b0; t_data<=0; fdma_waddr_r <=0; end else begin case(T_S) WRITE1:begin if(fdma_waddr_r==TEST_MEM_SIZE) fdma_waddr_r<=0; if(!fdma_wbusy)begin fdma_wareq <= 1'b1; t_data <= 0; end if(fdma_wareq&&fdma_wbusy)begin fdma_wareq <= 1'b0; T_S <= WRITE2; end end WRITE2:begin if(!fdma_wbusy) begin T_S <= WAIT; t_data <= 32'd0; end else if(fdma_wvalid) begin t_data <= t_data + 1'b1; end end WAIT:begin//not needed T_S <= READ1; end READ1:begin if(!fdma_rbusy)begin fdma_rareq <= 1'b1; t_data <= 0; end if(fdma_rareq&&fdma_rbusy)begin fdma_rareq <= 1'b0; T_S <= READ2; end end READ2:begin if(!fdma_rbusy) begin T_S <= WRITE1; t_data <= 32'd0; fdma_waddr_r <= fdma_waddr_r + ADDR_INC;//128/8=16 end else if(fdma_rvalid) begin t_data <= t_data + 1'b1; end end default: T_S <= WRITE1; endcase end end
reg test_error;
always @(posedge ui_clk)begin test_error <= (fdma_rvalid && (t_data[31:0] != fdma_rdata[31:0])); end
ila_0 ila_dbg ( .clk(ui_clk), .probe0({fdma_wdata[15:0],fdma_wareq,fdma_wvalid,fdma_wbusy}), .probe1({fdma_rdata[15:0],t_data[15:0],fdma_rvalid,fdma_rbusy,T_S,test_error}) );
system system_i (.DDR3_0_addr(DDR3_0_addr), .DDR3_0_ba(DDR3_0_ba), .DDR3_0_cas_n(DDR3_0_cas_n), .DDR3_0_ck_n(DDR3_0_ck_n), .DDR3_0_ck_p(DDR3_0_ck_p), .DDR3_0_cke(DDR3_0_cke), .DDR3_0_cs_n(DDR3_0_cs_n), .DDR3_0_dm(DDR3_0_dm), .DDR3_0_dq(DDR3_0_dq), .DDR3_0_dqs_n(DDR3_0_dqs_n), .DDR3_0_dqs_p(DDR3_0_dqs_p), .DDR3_0_odt(DDR3_0_odt), .DDR3_0_ras_n(DDR3_0_ras_n), .DDR3_0_reset_n(DDR3_0_reset_n), .DDR3_0_we_n(DDR3_0_we_n), .FDMA_S_0_i_fdma_raddr(fdma_raddr), .FDMA_S_0_i_fdma_rareq(fdma_rareq), .FDMA_S_0_o_fdma_rbusy(fdma_rbusy), .FDMA_S_0_o_fdma_rdata(fdma_rdata), .FDMA_S_0_i_fdma_rready(1'b1), .FDMA_S_0_i_fdma_rsize(fdma_rsize), .FDMA_S_0_o_fdma_rvalid(fdma_rvalid), .FDMA_S_0_i_fdma_waddr(fdma_waddr), .FDMA_S_0_i_fdma_wareq(fdma_wareq), .FDMA_S_0_o_fdma_wbusy(fdma_wbusy), .FDMA_S_0_i_fdma_wdata(fdma_wdata), .FDMA_S_0_i_fdma_wready(1'b1), .FDMA_S_0_i_fdma_wsize(fdma_wsize), .FDMA_S_0_o_fdma_wvalid(fdma_wvalid), .fdma_rstn(fdma_rstn), .sysclk(sysclk), .ui_clk(ui_clk));
endmodule |
3:程序分析
3-1:总流程图
如下图所示,本文的程序工作流程如下,包括请求写数据、FDMA收到写数据请求、写数据完成、请求读数据、FDMA收到读数据请求和读数据完成、校验。
以下是fdma_test.v中读写fdma ip接口的状态机,由于读写代码对称,对fdma的读写操作可以分为2步完成,分别是:1:发送读/写请求 2:读/写有效数据。
3-2:FDMA的写时序
fdma_wready设置为1,当fdma_wbusy=0的时候代表FDMA的总线非忙,可以进行一次新的FDMA传输,这个时候可以设置fdma_wreq=1,同时设置fdma burst的起始地址和fdma_wsize本次需要传输的数据大小(以bytes为单位)。当fdma_wvalid=1的时候需要给出有效的数据,写入AXI总线。当最后一个数写完后,fdma_wvalid和fdma_wbusy变为0。
AXI4总线最大的burst lenth是256,而经过封装后,用户接口的fdma_size可以任意大小的,fdma ip内部代码控制每次AXI4总线的Burst长度,这样极大简化了AXI4总线协议的使用。
3-3:FDMA的读时序
fdma_rready设置为1,当fdma_rbusy=0的时候代表FDMA的总线非忙,可以进行一次新的FDMA传输,这个时候可以设置fdma_rreq=1,同时设置fdma burst的起始地址和fdma_rsize本次需要传输的数据大小(以bytes为单位)。当fdma_rvalid=1的时候需要给出有效的数据,写入AXI总线。当最后一个数写完后,fdma_rvalid和fdma_rbusy变为0。
同样对于AXI4总线的读操作,AXI4总线最大的burst lenth是256,而经过封装后,用户接口的fdma_size可以任意大小的,fdma ip内部代码控制每次AXI4总线的Burst长度,这样极大简化了AXI4总线协议的使用。
4:地址空间分配
配置完成后需要注意地址空间分配,FDMA IP的内存起始地址从0开始
4.4RTL仿真
1:仿真tb文件
DDR3的仿真文件在对应的FPGA工程路径uisrc/02_sim路径下,把仿真文件添加进来
2:仿真测试
4.5上板验证
添加fpga_pin.xdc文件,不同的开发板IO的约束定义一样,下图仅仅提供演示,具体以自己拿到的配套资料工程路径下的uisrc/04_pin/fpga_pin.xdc为准。当然读者也可以根据原理图自己定义约束。
通过ila在线逻辑分析仪IP-CORE,在线观察波形
通过在线逻辑分析仪查看结果,可以看到test_error信号一直低电平
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