|  **银杏科技有限公司旗下技术文档发布平台**  ||||
|技术支持电话|**0379-69926675-801**|||
|技术支持邮件|Gingko@vip.163.com|||
^  版本  ^  日期  ^  作者  ^  修改内容  ^
|  V1.0  |  2019-02-27  |  gingko  |  初次建立  | 

===== 实验十八：基于单口 RAM 的 ARM+FPGA 数据存取实验 =====

==== 一、 实验目的与意义 ====
 
  - 了解单口 RAM 读写的工作原理。 
  - 掌握单口 RAM 使用方法。 
  - 掌握 QuartusII 集成开发环境使用方法。 
==== 二、 实验设备及平台 ====
 
  - iCore3 双核心板。[[https://item.taobao.com/item.htm?id=524229438677|点击购买]] 
  - Blaster（或相同功能）仿真器和 USB 线缆。[[https://item.taobao.com/item.htm?id=554869837940|点击购买]] 
  - Micro USB 线缆。 
  - QuartusII 开发平台。
  - Keil MDK 开发平台。 
  - 装有 WIN XP（及更高版本）系统的计算机。 
==== 三、 实验原理 ====
 
  * 实验通过Commix向STM32发送读写命令，STM32收到信息后，通过STM32F407的FSMC总线实现与 FPGA 通信，FPGA 内部建立单口 RAM 块，FPGA桥接STM32和RAM块，把 FSMC 总线发送过来的数据放入指定的地址中。本实验首先通过 Commix 向RAM 块的某些地址中写入数据，再通过 Commix 发送读命令读取这些地址的数据进行验证。实验的原理如下图所示：
{{ :icore3:icore3_fpga_18_1.png?direct |实验原理图}} 
==== 四、 Quartus 内部单口 RAM 块调用 ====
 
1、 打开 Tools——MegaWizard Plug-In Manager.
{{ :icore3:icore3_fpga_18_2.png?direct |图1}} 
2、 直接点击 Next.
{{ :icore3:icore3_fpga_18_3.png?direct |图2}} 
3、 在方框 1、方框 2、方框 3 处如图所示做选择，在方框 4 处选择 RAM 块的路径及命 名，然后点击 Next.
{{ :icore3:icore3_fpga_18_4.png?direct |图3}} 
4、接下来是对单口RAM进行设置，如图中所示，设置RAM的存储位宽和存储深度，本实验设置存储宽度16bit，存储深度256个字节。这里可以把RAM想象成一个表格，每行有16个格子，总共256行，这里的每个格子相当于1个bit。然后设置例化RAM在FPGA内部占用资源的类型。因为用逻辑门例化为存储器的话占用逻辑资源较多，因此FPGA内部有专门用于构建存储器用的逻辑单元，如M9K、M144K等。本次实验选择Auto，在设计中可根据实际需求进行设置。之后是时钟的选择，这里选择单时钟，即输入输出使用同一时钟。点击next进行下一项设置。
{{ :icore3:icore3_fpga_18_5.png?direct |图4}} 
5、输出信号设置和读使能信号设置。
{{ :icore3:icore3_fpga_18_6.png?direct |图5}} 
6、这里选择Old Data。
{{ :icore3:icore3_fpga_18_7.png?direct |图6}} 
7、设置RAM初始状态值。可以通过hex文件给例化的RAM存入初始数据。这里选择不存储初始数据，而是通过FPGA控制数据的写入。
{{ :icore3:icore3_fpga_18_8.png?direct |图7}} 
8、默认设置，最后点击finish。
{{ :icore3:icore3_fpga_18_9.png?direct |图8}} 
{{ :icore3:icore3_fpga_18_10.png?direct |图9}} 

==== 五、 代码讲解 ====
  * 例化好RAM块后，即可编写代码，实现原理部分介绍的功能了。整个系统可以看做是将FPGA内部例化的RAM作为STM32的外部存储器，并通过FSMC总线对RAM进行读写操作。对于FPGA来说，只需配置好单口RAM的相关参数，并检测FSMC总线的读写信号即可。通过检测出来的读写信号进行相应的操作，从而实现STM32对FPGA例化的RAM进行读写操作的实验流程。FPGA只需根据FSMC总线信号判断出读写信号即可。代码如下：
<code verilog>
//--------------------------fsmc---------------------------//
	wire rd = (CS0 | RD);		 //提取读信号
	wire wr = (CS0 | WR);       //提取写信号
	
	reg wr_clk1,wr_clk2;
	always @(posedge PLL_100M or negedge rst_n)
		begin
			if(!rst_n)
				begin
					wr_clk1 <= 1'd1;
					wr_clk2 <= 1'd1;
				end
			else
				{wr_clk2,wr_clk1} <= {wr_clk1,wr};	//提取写时钟
		end

	wire clk = (!wr_clk2 | !rd);
	assign DB = !rd ? DB_OUT : 16'hzzzz;	
</code>
==== 六、实验步骤 ====

  - 把仿真器与 iCore3 的 SWD 调试口连接（直接相连或者通过转换器相连）； 
  - 将 USB-Blaster 与 iCore3 的 JTAG 调试口相连； 
  - 将跳线帽插在 USB UART; 
  - 把 iCore3（USB_UART）通过 Micro USB 线与计算机连接，为 iCore3 供电； 
  - 打开 Commix 串口精灵，找到对应的 COM 端口打开； 
  - 打开 Quartus II 开发环境，并打开实验工程； 
  - 烧写 FPGA 程序到 iCore3 上； 
  - 打开 Keil MDK 开发环境，并打开实验工程； 
  - 烧写 ARM 程序到 iCore3 上； 
  - 输入串口命令，观察实验现象。 
==== 七、 实验现象 ====
 
  * 通过 Commix 发送写命令向 RAM 块中指定的某些地址写入数据，再通过读命令读取这 些地址中的某些数据，对比写入与读取的数据，可以知道写入数据与读取的数据相同。 
  * 命令格式：  
    * 写命令：ram+空格+write+空格+address+空格+data_out+\cr\lf 
      * 例如：ram write 123 456\cr\lf 		    
      * 解析：在ram的第123个地址中写入“456”的数据。 
    * 读命令：ram+空格+read+空格+address+\cr\lf          
      * 例如：ram read 123\cr\lf 			    
      * 解析：读取 ram 的第 123 地址的数据。