18位精度，2.5us更新速率，解决复位引起的没有输出问题

在本文中，我们将深入探讨Xilinx Zynq-7000系列FPGA中的处理器系统（PS）以太网端口，以及如何进行RGMII（Reduced Gigabit Media Independent Interface）到GMII（Gigabit Media Independent Interface）转换的裸核测试工程。Xilinx的Vivado工具在设计和实现这样的工程时起着至关重要的作用，而Verilog作为硬件描述语言是构建此转换逻辑的基础。 我们需要理解Zynq-7000 SoC的架构。该平台集成了ARM Cortex-A9双核处理器和可编程逻辑（PL）部分，其中包含了PS（Processor System）和PL（Programmable Logic）两个主要部分。PS部分提供了高性能的CPU处理能力，而PL部分则可以进行定制化的硬件加速和接口扩展，包括以太网接口。 在Z7的PS中，以太网端口通常支持RGMII接口，这是一种简化版的千兆媒体独立接口，用于连接物理层芯片。然而，某些应用可能需要GMII接口，因为它提供更直接的8位并行数据传输。因此，我们需要一个硬件IP核来完成RGMII到GMII的转换。 这个"Z7的PS网口(rgmii转gmii)裸核测试工程"就是解决这个问题的方案。它包含了一个用Verilog编写的自定义IP核，用于实现这种转换。Verilog是一种广泛使用的硬件描述语言，允许设计者以结构化的方式描述数字系统的逻辑行为。 在Vivado中，我们可以创建一个新的IP核项目，并使用Verilog代码实现RGMII到GMII的转换逻辑。这通常涉及到时钟同步、数据重新排列以及控制信号的处理。RGMII接口通常运行在50MHz，而GMII接口则在125MHz，因此需要精心设计的时序控制来确保数据的正确传输。 在设计完成后，Vivado的IP集成器可以帮助我们把自定义IP核集成到整个系统设计中。这一步骤包括了配置IP参数、连接外部接口、以及与其他系统组件的互连。Vivado的仿真工具可以验证IP核的功能是否正确，确保在实际硬件上运行之前逻辑功能没有错误。 当设计经过验证后，我们可以生成比特流文件（bitstream），然后下载到FPGA设备中。"可以直接上板调试"的描述意味着这个测试工程已经过初步验证，可以在实际硬件平台上进行测试。在硬件上，我们需要连接适当的网络设备，如以太网PHY芯片，以实现RGMII和GMII之间的物理连接。 调试过程中，可以使用Vivado的硬件管理器工具监控信号状态，或者通过JTAG接口进行在线调试。同时，利用PS部分的CPU，可以编写软件程序来控制和监测以太网接口的状态，进一步确认转换逻辑的正确性。 这个“xilinx Z7的PS网口(rgmii转gmii)裸核测试工程”涵盖了FPGA设计的核心要素，包括硬件描述语言、SoC架构理解、接口转换逻辑、Vivado工具的使用以及硬件调试。对于学习和实践FPGA设计，特别是涉及Xilinx Zynq平台的网络接口应用，这是一个非常有价值的实例。

在当今网络技术迅猛发展的时代，万兆以太网技术以其高速、稳定的特点受到了广泛的关注。本文将详细探讨基于K7325T芯片的万兆以太网Verilog工程的开发与实现。 K7325T芯片作为工程的硬件基础，其性能直接关系到整个网络通信系统的稳定性和传输速度。K7325T属于高性能FPGA系列，具有丰富的逻辑资源和高速串行接口，能够满足万兆以太网对硬件的高要求。在工程开发中，我们通常会使用Xilinx公司提供的Vivado设计套件进行编程和资源配置。 Vivado2024.2作为本工程使用的开发环境，是Xilinx推出的全新一代FPGA设计套件。它具有高度集成化的特性，支持系统级的工程项目设计。Vivado能够提供从设计输入、综合、实现到生成比特流文件的完整流程，并且支持模块化设计和IP核的复用，极大地提高了设计效率和质量。 在本工程中，我们将使用Verilog硬件描述语言来进行编程。Verilog是一种广泛使用的硬件描述语言，它是IEEE标准，适用于电子系统级设计和FPGA开发。通过编写Verilog代码，我们能够描述硬件电路的行为，进而通过EDA工具进行仿真和综合，最终生成可以在FPGA上运行的配置文件。 工程中的prj_k7_udp_stack_edif文件是整个设计的核心部分，它包含了UDP协议栈的实现。UDP（User Datagram Protocol）是TCP/IP协议族中的一种无连接的网络传输协议，适用于不需要可靠传输的场合，如视频流、音频流以及实时性要求高的通信场景。在万兆以太网中使用UDP协议，可以有效地减少通信延迟，满足高速数据传输的需求。 本工程的设计和实现过程，不仅涉及到硬件层面的设计，还需要对网络协议栈有深入的理解。UDP协议栈的设计必须考虑到数据包的封装、校验、发送、接收以及错误处理等多个方面，确保数据能够准确、高效地在网络中传输。 在实施本工程时，我们需要关注几个关键的技术点。首先是数据包的封装和解析，这关系到网络通信的有效性和准确性。其次是时序控制，高速网络环境下对时序要求非常高，需要通过细致的设计保证数据的同步和稳定传输。再次，资源的优化使用也十分关键，我们需要合理分配FPGA内部的逻辑资源，以实现最佳性能。工程还应具备一定的容错能力，能够应对网络中的不稳定因素，如数据丢包、乱序到达等。 基于K7325T芯片的万兆以太网Verilog工程是一个集硬件设计、网络协议实现和软件编程于一体的复杂项目。它不仅要求设计者具备扎实的数字电路设计基础，还需要对网络通信协议有深入的理解。通过使用Vivado2024.2开发环境和Verilog语言，结合FPGA强大的并行处理能力，可以实现一个高效、稳定的万兆以太网通信系统。

内容概要：本文详细介绍了基于FPGA的数字交通灯设计，涵盖硬件和软件两个方面。硬件部分以FPGA为核心控制器，负责生成和控制交通灯信号；软件部分涉及驱动程序、操作系统及用户交互界面。文中重点讲解了系统的模块化设计，包括信号生成模块、控制模块和电源模块的功能及其相互关系。此外，文章还探讨了用于提高交通灯控制实时性和准确性的先进控制算法，并展示了通过VHDL和Verilog实现的波形仿真结果，证明了设计的有效性和稳定性。最后，通过对实物运行的测试，进一步验证了系统的可靠性和扩展性。 适合人群：电子工程专业学生、FPGA开发者、交通控制系统研究人员。 使用场景及目标：适用于希望深入了解FPGA在交通控制系统应用的技术人员，目标是掌握基于FPGA的数字交通灯设计方法和技术细节。 其他说明：本文不仅提供了理论分析，还有具体的实现步骤和测试数据，有助于读者全面理解和实践相关技术。

内容概要：本文详细介绍了如何利用FPGA和Verilog编程实现16x16点阵屏的汉字动态显示系统。首先讨论了汉字存储方案，采用二维数组存储点阵数据并用case语句进行硬编码。接着阐述了动态扫描部分，运用双缓冲技术和状态机实现稳定的扫描机制。文中还讲解了左右移动、调速、暂停等功能的具体实现方法，如通过改变时钟分频系数调节速度，以及通过使能信号控制暂停。此外，作者分享了一些调试经验和移植到Vivado平台时需要注意的问题，如时钟约束和IP核替换。 适合人群：具有一定FPGA和Verilog编程基础的学习者、开发者。 使用场景及目标：适用于希望深入了解FPGA点阵屏显示原理和技术细节的人群，目标是能够独立完成类似项目的开发。 其他说明：文章提供了大量代码片段作为参考，帮助读者更好地理解和实践相关技术。同时提醒读者注意一些常见的错误和注意事项，如点阵消隐、跨时钟域信号同步等。

### 电子科技大学计算机组成原理实验课1—实验3：Verilog组合逻辑设计 #### 实验概述 本次实验主要围绕组合逻辑电路的设计与实现展开，利用Verilog硬件描述语言结合ISE软件进行具体操作。通过三个典型实例——3-8译码器、4位并行进算加法器以及两输入4位多路选择器的设计与仿真，深入理解组合逻辑电路的工作原理及其在实际应用中的重要性。 #### 实验目的 1. 掌握使用ISE软件进行硬件电路设计的基本流程。 2. 熟悉Verilog语言，并能够运用其完成组合逻辑电路的设计。 3. 学会编写仿真测试代码，验证电路功能的正确性。 #### 实验内容详解 ##### 1. 3-8译码器的设计与实现 - **原理**：3-8译码器是一种常见的数字电路组件，用于将三位二进制输入转换为八个独立的输出线之一。当输入特定的三位二进制码时，对应的输出线被激活，其余输出线保持非活动状态。本次实验使用的74x138译码器是一种输出低有效的3-8译码器，即当输入有效时，输出端中仅有一个为低电平(0)，其他均为高电平(1)。 - **真值表**： | G1 | G2A_L | G2B_L | C | B | A | Y7_L | Y6_L | Y5_L | Y4_L | Y3_L | Y2_L | Y1_L | Y0_L | |----|-------|-------|---|---|---|------|------|------|------|------|------|------|------| | x | 1 | x | x | x | x | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | | 1 | x | 1 | x | x | x | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | | 1 | 1 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | | 1 | 1 | 1 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 0 | | ...| ... | ... |...|...|...| ... | ... | ... | ... | ... | ... | ... | ... | - **函数表达式**： - \(Y0_L=(G \cdot C’ \cdot B’ \cdot A’)\) - \(Y1_L=(G \cdot C’ \cdot B’ \cdot A)\) - \(Y2_L=(G \cdot C’ \cdot B \cdot A’)\) - \(Y3_L=(G \cdot C’ \cdot B \cdot A)\) - \(Y4_L=(G \cdot C \cdot B’ \cdot A’)\) - \(Y5_L=(G \cdot C \cdot B’ \cdot A)\) - \(Y6_L=(G \cdot C \cdot B \cdot A’)\) - \(Y7_L=(G \cdot C \cdot B \cdot A)\) - **逻辑电路图**：根据上述函数表达式，绘制出3-8译码器的逻辑电路图。 ##### 2. 4位并行进位加法器的设计与实现 - **原理**：并行进位加法器是一种能够同时计算多位数字加法的组合逻辑电路。4位并行进位加法器由多个一位全加器级联而成，每个全加器接收两个输入位及一个来自低位的进位位，并产生一个输出位和一个新的进位位。本次实验中，进位生成函数和进位传递函数分别为\(G_n = A_nB_n\)和\(P_n=A_n+B_n\)。 - **函数表达式**： - 进位生成函数：\(G_n = A_nB_n\) - 进位传递函数：\(P_n=A_n+B_n\) - 进位信号：\(C_n=G_n+P_nC_{n-1}\) - 结果信号：\(S_n=C_{n-1}⊕(A_n⊕B_n)\) - **逻辑电路图**：根据以上公式，设计出4位并行进位加法器的逻辑电路图。 ##### 3. 两输入4位多路选择器的设计与实现 - **原理**：多路选择器是一种可以根据控制信号从多个输入中选择一个输出的组合逻辑电路。本实验中的2输入4位多路选择器有两条数据输入通道和一条控制信号输入，根据控制信号的不同选择一条数据通道作为输出。 - **真值表**： | D0 | D1 | S | Y | |----|----|---|---| | 0 | 0 | 0 | 0 | | 0 | 0 | 1 | 0 | | 0 | 1 | 0 | 0 | | 0 | 1 | 1 | 1 | | 1 | 0 | 0 | 1 | | 1 | 0 | 1 | 0 | | 1 | 1 | 0 | 1 | | 1 | 1 | 1 | 1 | - **函数表达式**：\(Y = S' \cdot D_0 + S \cdot D_1\) - **逻辑电路图**：根据上述真值表和函数表达式，绘制出两输入4位多路选择器的逻辑电路图。 #### 实验器材 - PC机 - Windows XP操作系统 - Xilinx ISE 14.7开发工具 #### 实验步骤 1. **建立新工程**：在ISE软件中创建新的工程项目。 2. **原理图或代码输入**：根据实验内容，使用Verilog语言编写相应的电路设计代码。 3. **设计仿真**：编写仿真测试代码，对电路进行功能验证。 #### 关键源代码 - **74X138 译码器** - **设计代码**：直接在ISE中输入3-8译码器的Verilog代码。 - **仿真测试代码**：编写测试代码，设置不同的输入值并观察输出变化。 - **仿真结果**：通过仿真结果分析译码器的功能是否正确。 - **4位并行进位加法器 74X283** - **设计代码**：使用Verilog语言编写4位并行进位加法器的代码。 - **仿真测试代码**：编写测试代码，验证加法器的功能正确性。 - **仿真结果**：通过仿真结果分析加法器的功能是否正确。 通过这次实验，学生不仅能够掌握Verilog语言的基本语法，还能深入了解组合逻辑电路的设计原理和工作方式，为进一步学习更复杂的数字系统设计打下坚实的基础。

### 电子科技大学计算机组成原理实验课1-实验5：Verilog时序逻辑设计 #### 实验概述 本次实验是电子科技大学计算机组成原理课程中的一个重要环节，主要目标是通过实际操作来掌握时序逻辑电路的设计方法，特别是使用Verilog硬件描述语言进行设计与仿真的过程。实验分为五个主要部分，包括边沿D触发器74x74、4位通用移位寄存器74x194、3位最大序列长度线性反馈移位寄存器（LFSR）、4位同步计数器74x163以及基于74x163设计的1Hz数字信号发生器。 #### 实验目的 1. **理解并掌握边沿D触发器74x74、同步计数器74x163、4位通用移位寄存器74x194的工作原理。** 2. **使用Verilog语言对这些基本组件进行设计与仿真。** 3. **设计一个3位LFSR计数器，并实现其功能。** 4. **设计一个1Hz数字信号发生器，作为LFSR计数器的时钟信号。** #### 实验内容详解 **1. 边沿D触发器74x74** - **工作原理**：边沿D触发器是一种基本的存储单元，具有置位和清零功能。当CLK（时钟信号）上升沿到来时，根据D输入的状态更新输出Q的状态。 - **Verilog设计**：使用Verilog代码描述该触发器的行为。例如，下面给出了一个简单的边沿D触发器的Verilog实现： ```verilog `timescale 1ns / 1ps module D(CLK, D, PR_L, CLR_L, Q, QN); input CLK, D, PR_L, CLR_L; output Q, QN; wire w1, w2, w3, w4; nand(w1, PR_L, w2, w4); nand(w2, w1, CLR_L, CLK); nand(w3, w2, CLK, w4); nand(w4, w3, CLR_L, D); nand(Q, PR_L, w2, QN); nand(QN, Q, w3, CLR_L); endmodule ``` **2. 4位通用移位寄存器74x194** - **工作原理**：4位通用移位寄存器允许数据按照指定的方向（左移或右移）移动，并可以通过不同的控制信号进行串行或并行加载数据。 - **Verilog设计**：使用Verilog描述74x194的逻辑行为。例如，可以使用如下的Verilog代码实现： ```verilog `timescale 1ns / 1ps module shift_register(DS, SH_LDS, MR, QS, QD); input [3:0] DS; input SH_LDS, MR; output reg [3:0] QS, QD; always @(posedge SH_LDS or posedge MR) begin if (MR) begin QS <= 0; QD <= 0; end else begin QS <= DS; QD <= QS << 1; end end endmodule ``` **3. 3位LFSR计数器** - **设计原理**：LFSR是一种特殊的移位寄存器，通常用于生成伪随机数序列。在这个实验中，需要设计一个3位的LFSR计数器。 - **Verilog设计**：利用上面提到的4位通用移位寄存器74x194和一些额外的逻辑门来构建3位LFSR计数器。设计时需要考虑反馈路径的构造。 **4. 4位同步计数器74x163** - **工作原理**：同步计数器能够在时钟信号的作用下递增计数。 - **Verilog设计**：使用Verilog语言实现74x163的功能。例如，可以使用以下代码： ```verilog `timescale 1ns / 1ps module counter(CLK, LD, ENP, Q, CO); input CLK, LD, ENP; output reg [3:0] Q; output reg CO; always @(posedge CLK or posedge LD) begin if (LD) begin Q <= 4'b0000; end else if (ENP) begin Q <= Q + 1; end end assign CO = (Q == 4'b1111); endmodule ``` **5. 1Hz数字信号发生器** - **设计原理**：利用74x163和其他小规模逻辑门设计1Hz的数字信号发生器。假设输入为100MHz，需要设计一个分频器来将频率降低到1Hz。 - **Verilog设计**：设计一个分频器，将100MHz的输入时钟信号分频为1Hz。这通常涉及多个计数器级联和适当的控制逻辑。 #### 实验总结 本次实验不仅让学生掌握了基本时序逻辑电路的设计方法，还学会了如何使用Verilog语言进行电路设计和仿真。通过具体的实验任务，学生能够深入理解各种时序逻辑元件的工作机制，并将其应用于实际的电路设计中。这对于未来从事计算机组成原理相关领域的学习和研究都是非常有帮助的。

视频四像素模式转单像素模式，输入数据96bit位宽，输出数据位宽24bit，输出时钟频率比输入时钟频率需提高4倍。仿真工程将testpattern测试图转换后再存为bmp位图。

视频单像素模式转双像素模式，数据位宽增加一倍，时钟频率可以降低一半。仿真工程将testpattern测试图转换后再存为bmp位图。

视频单像素模式转4像素模式，数据位宽增加4倍，时钟频率可以降低为四分之一。仿真工程将testpattern测试图转换后再存为bmp位图。