Что-то похожее я уже когда-то делал с нашей платой Марсоход2RPI и Распбери Пи3. Но теперь у нас другая FPGA плата на Cyclone III и другой микрокомпьютер Raspberry Pi5. И даже современная ОС теперь уже будет 64-bit Bookworm.
Смогу ли я загружать FPGA из микрокомпьютера и сделать взаимодействие между CPU микрокомпьютера и платой FPGA?
(Для лиги лени сразу напишу ответ: да, смогу).
Подробнее можно прочитать далее в этой статье.
Итак, мой готовый проект вот здесь: https://github.com/marsohod4you/MCY316/tree/main/Leds7Seg_Rpi5
Плата MCY316, как и раньше, подключается к GPIO разъему платы Raspberry Pi5 через специальную платку переходник. Я хочу запитать FPGA плату от платы Raspberry, поэтому я установил желтый джампер на плату MCY316. В таком виде не следует ставить JTAG программатор MBFTDI на плату MCY316, чтобы не вызвать конфликт источников питания.
Загружать FPGA я буду прямо из Raspberry с помощью стандартной Linux программы OpenOCD.
На Raspberry Pi5 установлены gpiod, libgpiod-dev, openocd.
При компиляции FPGA проекта в среде Quartus получается файл SVF - это текстовый образ прошивки.
С помощью OpenOCD можно загрузить SVF файл в FPGA платы MCY316. После загрузки ПЛИС программы на Распберри могут взаимодействовать с ПЛИС через последовательный порт или GPIO сигналы.
В этом FPGA проекте есть приёмопередатчик последовательного порта. Через последовательный порт (сигнал GPIO14 Raspberry Pi) на скорости 115200 можно посылать команды для отображения чисел на 7-ми сегментном индикаторе.
Эта функция продемонстрирована двумя питоновскими программами, которые находятся в папке apps:
1) clock_7seg.py
Команда в терминале "python3 clock_7seg.py /dev/ttyAMA0" отображает текущее время на 7ми сегментном индикаторе. При этом, точка на индикаторе будет мигать один раз в секунду, почти как на настоящих часах.
2) write_7seg.py
Команда в терминале "python3 write_7seg.py /dev/ttyAMA0 0x1255" записывает число взятое из командной строки на 7-ми сегментный индикатор.
Есть еще одна функция реализованная в ПЛИС платы MCY316. Эта функция - отображать 8 линий GPIO из Распбери на светодиодах платы. Эта функция конечно не мудрёная, но демонстрирует возможность коммуникации между микропроцессором и FPGA через сигналы GPIO.
Так же есть две демо программы:
1) set_8leds.c
Записывает в FPGA плату 8-ми битное число, которое будет отражаться на светодиодах.
3) run8leds.c
Перемещает единственный зажжённый светодиод слева направа и назад в цикле.
Компилировать программы можно прямо на распберри командами
>gcc run8leds.c -o run8leds -lgpiod
Для использования OpenOCD создайте 3 конфигурационных файла:
1) /usr/share/openocd/scripts/interface/mcy316-gpiod.cfg
adapter driver linuxgpiod
adapter gpio trst 5 -chip 4
adapter gpio tdi 11 -chip 4
adapter gpio tck 7 -chip 4
adapter gpio tms 0 -chip 4
adapter gpio tdo 1 -chip 4
reset_config trst_only separate trst_push_pull
2) /usr/share/openocd/scripts/board/mcy316.cfg
source [find interface/mcy316-gpiod.cfg]
adapter speed 2000
transport select jtag
source [find fpga/altera-ep3c16.cfg]
3) /usr/share/openocd/scripts/fpga/altera-ep3c16.cfg
# SPDX-License-Identifier: GPL-2.0-or-later
# Altera Cyclone III EP3C16 # see Cyclone III Device Handbook, Volume 1; # Table 14–5. 32-Bit Cyclone III Device IDCODE jtag newtap ep3c16 tap -expected-id 0x020f20dd -irlen 10
Запуск OpenOCD производится командой:
>pi@raspberrypi:~ $ sudo openocd -f board/mcy316.cfg
Open On-Chip Debugger 0.12.0 Licensed under GNU GPL v2
For bug reports, read http://openocd.org/doc/doxygen/bugs.html
Info : Listening on port 6666 for tcl connections
Info : Listening on port 4444 for telnet connections
Info : Linux GPIOD JTAG/SWD bitbang driver
Info : This adapter doesn't support configurable speed
Info : JTAG tap: ep3c16.tap tap/device found: 0x020f20dd (mfg: 0x06e (Altera), part: 0x20f2, ver: 0x0)
Warn : gdb services need one or more targets defined
После этого можно к этому OpenOCD серверу подключиться телнетом и выполнить команду загрузки FPGA проекта. Подключитесь с помощью telnet и потом выполните команду "svf io.svf", где io.svf это результат компиляции FPGA проекта в Quartus.
pi@raspberrypi:~ $ telnet localhost 4444
Trying ::1... Connection failed: Connection refused
Trying 127.0.0.1... Connected to localhost.
Escape character is '^]'.
Open On-Chip Debugger
>svf io.svf
svf processing file: "io.svf"
FREQUENCY 2.50E+07 HZ; Translation from khz to adapter speed not implemented
TRST ABSENT;
ENDDR IDLE;
ENDIR IRPAUSE;
STATE IDLE;
SIR 10 TDI (002);
RUNTEST
IDLE 25000
TCK ENDSTATE
IDLE; BEFEFEFEFEFEFCFCFCFCFCFCFCFDFFFFFFFFFCFDFEFCFCFCFDFCF9F9F1FAFAF9F3FBFBFFFFFFFFFFFF6AFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFF);
SIR 10 TDI (004);
RUNTEST 125 TCK; 00000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000); SIR 10 TDI (003);
RUNTEST 125000 TCK;
RUNTEST 512 TCK;
SIR 10 TDI (3FF);
RUNTEST 25000 TCK;
STATE IDLE;
Time used: 0m3s589ms svf file programmed successfully for 17 commands with 0 errors
После загрузки FPGA можно из консоли запускать тестовые примеры программ о которых я написал выше: программы записи слова на 7ми сегментный индикатор или включение/выключение светодиодов FPGA платы.
Запуская программы вы сможете убедиться, что связка из FPGA платы MCY316 и микрокомпьютера Raspberry Pi5 работает.
Конечно, использование последовательного порта и GPIO выглядит довольно примитивным. Однако, проекты можно усложнять. Например, я когда-то написал статью про подключение платы Марсоход2RPI к распбери: Второй HDMI монитор к Raspberry Pi3 через DPI интерфейс и FPGA плату. Тут совсем другой проект и совсем другой принцип работы связки FPGA+Raspberry.
Так что разных экспериментов можно провести множество.
Подробнее...