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【黑金原创教程】【FPGA那些事儿-驱动篇I 】【实验一】流水灯模块

简介: 实验一:流水灯模块 对于发展商而言,动土仪式无疑是最重要的任务。为此,流水灯实验作为低级建模II的动土仪式再适合不过了。废话少说,我们还是开始实验吧。 图1.1 实验一建模图。 如图1.1 所示,实验一有名为 led_funcmod的功能模块。

实验一:流水灯模块

对于发展商而言,动土仪式无疑是最重要的任务。为此,流水灯实验作为低级建模II的动土仪式再适合不过了。废话少说,我们还是开始实验吧。

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图1.1 实验一建模图。

如图1.1 所示,实验一有名为 led_funcmod的功能模块。如果无视环境信号(时钟信号还有复位信号),该功能模块只有一组输出端,亦即4位LED信号。接下来让我们来看具体内容:

led_funcmod.v
1.    module led_funcmod
2.    (
3.         input CLOCK, RESET,
4.         output [3:0]LED
5.    );

以上内容为出入端声明。

6.         parameter T1S = 26'd50_000_000; //1Hz
7.         parameter T100MS = 26'd5_000_000; //10Hz
8.         parameter T10MS = 26'd500_000; //100Hz
9.         parameter T1MS = 26'd50_000; //1000Hz
10.         

以上内容为常量声明。分别是1秒至1毫秒。

11.         reg [3:0]i;
12.         reg [25:0]C1;
13.         reg [3:0]D;
14.         reg [25:0]T;
15.         reg [3:0]isTag;
16.         
17.         always @ ( posedge CLOCK or negedge RESET )
18.             if( !RESET )
19.                  begin
20.                         i <= 4'd0;
21.                         C1 <= 26'd0;
22.                         D <= 4'b0001;
23.                         T <= T1S;
24.                         isTag <= 4'b0001;
25.                    end
26.              else

以上内容是相关的寄存器声明以及复位操作。寄存器i用来指向步骤,寄存器C1用来计数,寄存器D用来暂存结果和驱动输出,寄存器T用来暂存计数量,isTag则用来暂存延迟标签。

27.                case( i )
28.                
29.                      0:
30.                      if( C1 == T -1) begin C1 <= 26'd0; i <= i + 1'b1; end
31.                      else begin C1 <= C1 + 1'b1; D <= 4'b0001; end
32.                      
33.                      1:
34.                      if( C1 == T -1) begin C1 <= 26'd0; i <= i + 1'b1; end
35.                      else begin C1 <= C1 + 1'b1; D <= 4'b0010; end
36.                      
37.                      2:
38.                      if( C1 == T -1) begin C1 <= 26'd0; i <= i + 1'b1; end
39.                      else begin C1 <= C1 + 1'b1; D <= 4'b0100; end
40.                      
41.                      3:
42.                      if( C1 == T -1) begin C1 <= 26'd0; i <= i + 1'b1; end
43.                      else begin C1 <= C1 + 1'b1; D <= 4'b1000; end
44.                      
45.                      4:
46.                      begin isTag <= { isTag[2:0], isTag[3] }; i <= i + 1'b1; end
47.                      
48.                      5:
49.                      if( isTag[0] ) begin T <= T1S; i <= 4'd0; end
50.                      else if( isTag[1] ) begin T <= T100MS; i <= 4'd0; end
51.                      else if( isTag[2] ) begin T <= T10MS; i <= 4'd0; end
52.                      else if( isTag[3] ) begin T <= T1MS; i <= 4'd0; end 
53.                      
54.              endcase        
55.        
 
56.        assign LED = D;
57.            
58.    endmodule

以上内容为是核心操作以及输出驱动声明。步骤0~3用来实现流水灯效果。最初,每个步骤的停留时间是 1秒,然后步骤0~3按顺序执行便会产生流水效果。步骤4是用来切换模式,步骤5则是根据isTag的内容再为 T寄存器载入不同的延迟内容,如 [0] 延迟1秒,[1] 延迟100毫妙,[2] 延迟10毫妙,[3] 延迟1毫妙。默认下为模式0(第24行),既延迟1秒(第23行)。

这个实验所在乎的内容根本不是实验结果而是低级建模II本身。假若比较《建模篇》的流水实验,低级建模I与低级建模II之间是有明显的差距。首先,低级建模II再也不见计数器或者定时器等周边操作。再者,低级建模II的整合度很高,例如步骤0~3:

1.           0:
2.          if( C1 == T -1) begin C1 <= 26'd0; i <= i + 1'b1; end
3.          else begin C1 <= C1 + 1'b1; D <= 4'b0001; end 
4.          1:
5.          if( C1 == T -1) begin C1 <= 26'd0; i <= i + 1'b1; end
6.          else begin C1 <= C1 + 1'b1; D<= 4'b0010; end          
7.          2:
8.          if( C1 ==T -1) begin C1 <= 26'd0; i <= i + 1'b1; end
9.          else begin C1 <= C1 + 1'b1; D <= 4'b0100; end          
10.          3:
11.          if( C1 == T -1) begin C1 <= 26'd0; i <= i + 1'b1; end
12.          else begin C1 <= C1 + 1'b1; D <= 4'b1000; end

代码1.1

内容如代码1.1所示,步骤0~3每个步骤示意一段完整的小操作,例如步骤0为4’b0001保持一段时间,步骤1为4’b0010保持一段时间,步骤2~3也是如此。其中 -1也考虑了步骤切换的时间。假设流水间隔要求1毫妙,那么每个步骤都会准确无误停留50000个时钟。事实上,步骤0也可以换成比较方便的写法,如代码1.2所示:

1.        reg [3:0] D = 4’b0001;  
2.        ......
3.        0,1,2,3:
4.        if( C1 == T -1) begin D <= { D[2:0], D[3] }; C1 <= 26'd0; i <= i + 1'b1; end
5.        else begin C1 <= C1 + 1'b1; end

代码1.2

代码1.2表示,只要寄存器D准备好初值,例如 4’b0001,那么步骤0~3都可以共享同样的操作,如此一来会大大减少行数,节省空间。好奇的同学一定觉得疑惑,既然代码1.2的写法那么方便,反之笔者为何要选择代码1.1的写法呢?原因很单纯,那是为了清晰模块内容,以致我们容易脑补时序。感觉上,两者虽然都差不多,但是我们只要仔看,我们便会发现 ... 代码1.2它虽然书写方便,可是细节模糊而且内容也不直观。

在此,笔者需要强调!低级建模II虽然有整合技巧让操作变得更加便捷,不过比起整合它更加注重表达能力以及清晰度。这样做的关键是为了发挥主动思想,以便摆脱无谓的仿真。所以说,如果读者想和低级建模II作朋友,建模之前应该优先考虑内容的清晰度,而不是内容的精简性。如果内容即精简又直观,这种情况当然是最好的结果。

至于实验一是没有仿真的必要,因为内容足够直白,这种程度足以脑补时序。最后笔者还要说道,实验一虽然没有什么学习的价值,但是实验一要表达的信息也非常清楚,即低级建模II是注重清晰,直观的建模技巧。此外,实验一也可以作为学习的热身。

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