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^  版本  ^  日期  ^  作者  ^  修改内容  ^
|  V1.0  |  2020-04-28  |  gingko  |  初次建立  | 

===== 实验二：新建FPGA工程——驱动LED =====

==== 一、实验目的与意义 ====

  - 了解Xilinx FPGA开发软件ISE新建工程的方法和步骤。
  - 了解Verilog语言描述功能模块的基本语法。
  - 学习FPGA的GPIO引脚的定义和配置。
  - 学习GPIO驱动外设的控制原理。
==== 二、实验设备及平台 ====

  - iCore4TX 双核心板。[[https://item.taobao.com/item.htm?spm=a1z10.1-c-s.w4004-22598974120.3.5923532fAsAtPz&id=614919247574|点击购买]]
  - USB-CABLE（或相同功能）的仿真器。
  - Micro USB线缆。
  - ISE开发平台。
  - 电脑一台。
==== 三、实验原理 ====

  * 本实验以点亮FPGA_LED，并控制其闪烁作为主要目标，在此基础上根据led的驱动原理，建立工程、编写led控制程序、配置GPIO。通过本实验，学习零基础构建FPGA工程并驱动LED闪烁的过程。
  * led的驱动原理是通过程序，控制FPGA引脚IO的电平，从而实现对led的控制。led的硬件原理图如图2.1所示。从图中可以看出，led正极接3.3V电平，负极接到FPGA的引脚上。当FPGA_LED引脚为高电平时LED灭，为低电平时LED亮。
{{ :icore4tx:icore4tx_fpga_2_1.png?direct&400 |图2.1}}
==== 四、工程建立和编译 ====
1、双击Xilinx FPGA 开发软件图标打开软件，出现下面界面，如图2.2所示，点击红框中New Project…。
{{ :icore4tx:icore4tx_fpga_2_2.png?direct&700 |图2.2}}
2、点击新建图标出现下面对话框，给新工程命名led，并选择好工程存放路径；顶层文件是Verilog HDL 语言编写的，因此这里将顶层文件的格式选为HDL，具体如下图所示。
{{ :icore4tx:icore4tx_fpga_2_3.png?direct |图2.3}}
3、弹出窗口中选择对应的FPGA器件，iCore4TX双核心板的FPGA型号为Xilinx的XC6SLX16-2FTG256。则在下面界面选择FPGA器件时按照图中所示设置即可。然后点击Next。
{{ :icore4tx:icore4tx_fpga_2_4.png?direct |图2.4}}
4、直接点击Next，弹出新建工程信息汇总，如下图，直接点击Finish。
{{ :icore4tx:icore4tx_fpga_2_5.png?direct |图2.5}}
5、进入工程编辑界面，可以看到左边的工程文件目录区、右边的代码编辑区以及下边栏的工程信息打印区，如图2.6所示。
{{ :icore4tx:icore4tx_fpga_2_6.png?direct&700 |图2.6}}
6、在工程文件目录区可以看到刚刚建立的新工程led，选中led工程，右键弹出下拉栏中点击New Source，新建Verilog文件。 
{{ :icore4tx:icore4tx_fpga_2_7.png?direct&700 |图2.7}}
7、弹出窗口中，在左侧栏中选中Verilog Module，并将Verilog 文件命名为led；文件命名栏下面是新建文件的保存路径。这里选择保存路径时可以在工程文件夹下新建一个src文件夹，专门用于存储Verilog Source 文件。各项都设置好以后，点击Next。
{{ :icore4tx:icore4tx_fpga_2_8.png?direct |图2.8}}
8、弹出窗口中设置led模块的端口信号，这里点击Next。
{{ :icore4tx:icore4tx_fpga_2_9.png?direct |图2.9}}
9、弹出窗口是新建的源文件led.v的信息提示，点击Finish。
{{ :icore4tx:icore4tx_fpga_2_10.png?direct |图2.10}}
10、在主界面可以看到左边工程目录区多了led模块文件，右边代码编辑区是软件自动生成的模块信息。如下图所示。
{{ :icore4tx:icore4tx_fpga_2_11.png?direct&700 |图2.11}}
11、向led 模块module led中添加工程代码，通常一个完整的模块由module和endmodule为开始和结尾，除此外还包括模块名、端口变量及类型的定义、硬件语言描述、内部变量定义等信息，如此组成一个完整的功能模块，如图2.12所示。
{{ :icore4tx:icore4tx_fpga_2_12.png?direct&650 |图2.12}}
12、程序编写完成后进行编译，检查语法错误；首先在工程目录文件区选中顶层模块led，然后在工程目录区下边的Design栏，找到Synthesize – XST，右键点击Run，如图2.13所示。
{{ :icore4tx:icore4tx_fpga_2_13.png?direct&700 |图2.13}}
13、编译通过会在Synthesize – XST前面出现一个对号，表示没有语法错误。同时在工程编辑区会显示编译信息，如寄存器和逻辑门等的资源消耗情况。\\ 
14、接下来是给模块端口列表里的输入输出信号分配引脚，采用ucf文件绑定引脚信息。首先在工程文件目录区右键选择New Source … 选项。弹出窗口中，文件格式选择Implementation Constraints File选项，左边分别输入文件名和保存路径，点击Next。
{{ :icore4tx:icore4tx_fpga_2_14.png?direct |图2.14}}
15、弹出的窗口直接点击Finish，完成引脚分配文件led.ucf文件的建立。在右边编辑区输入引脚绑定信息，格式为：\\ 
net 端口名称  LOC = 引脚编号| IOSTANDARD = “电压” ；
  * 例如：
    * net  clk  LOC  =  p4  |  IOSTANDARD = “LVCMOS33”
led模块只有时钟输入信号clk_25M 和输出信号led。只需在ucf文件中添加这两个引脚的绑定信息即可。然后选中Design栏下的Implement Design，右键点击，然后点击Run，进行布局布线编译。完成后如下图所示。
{{ :icore4tx:icore4tx_fpga_2_15.png?direct&700 |图2.15}}
16、接下来生成可执行文件，可执行文件是ISE编译软件根据编写的程序和管教信息以及约束信息等生成的.bit文件。通过JTAG方式可下载到FPGA运行，但是不能直接固化到Flash中。在左侧Design栏下，右键选中Generate Programming File，点击Run。待编译成功，Generate Programming File 前面也会变成绿色对号。
{{ :icore4tx:icore4tx_fpga_2_16.png?direct&700 |图2.16}}
==== 五、程序下载 ====
1、首先将下载器连接到iCore4TX核心板的JTAG接口，和MicroUSB 线连接到连接到iCore4TX 的核心板上，并给板子供电。
{{ :icore4tx:icore4tx_fpga_2_17.png?direct&600 |图2.17}}
2、本例程采用iMPACT的下载方式。点击Configure Target Device 前面的“+”，然后选中“Manage Configuration Project(iMPACT)”，双击运行或者右键单击Run。如图所示。
{{ :icore4tx:icore4tx_fpga_2_18.png?direct&700 |图2.18}}
3、然后在弹出窗口中点击左上角的Launch Wizard。
{{ :icore4tx:icore4tx_fpga_2_19.png?direct |图2.19}}
4、出现如下界面，直接点击OK，默认选择JTAG。
{{ :icore4tx:icore4tx_fpga_2_20.png?direct |图2.20}}
5、弹出提示中点击Yes，添加“.bit”文件。
{{ :icore4tx:icore4tx_fpga_2_21.png?direct |图2.21}}
6、在弹出的文件路径窗口中，找到前面生成的“.bit”文件，选中后点击Open。
{{ :icore4tx:icore4tx_fpga_2_22.png?direct |图2.22}}
7、此窗口中点击OK。
{{ :icore4tx:icore4tx_fpga_2_23.png?direct |图2.23}}
8、弹出的对话框中选择No。
{{ :icore4tx:icore4tx_fpga_2_24.png?direct |图2.24}}
9、返回到ISE的iMPACT界面；选中芯片图标，单击右键选择Program；
{{ :icore4tx:icore4tx_fpga_2_25.png?direct |图2.25}}
10、弹出的提示窗口中单击OK，如果一切正常下载成功，iMPACT界面会出现蓝色的Program Succeeded提示字样。表明程序已经下载至FPGA。此时可以观察到FPGA_LED闪烁。
  * **注意：**
添加“.bit”文件时，还可以在iMPACT界面，点击芯片图标，右键选择Assign New Configuration File…。后面的操作步骤不变。
{{ :icore4tx:icore4tx_fpga_2_26.png?direct&700 |图2.26}}
==== 六、实验结果： ====
可以观察到FPGA_LED闪烁。
{{ :icore4tx:icore4tx_fpga_2_27.png?direct&400 |图2.27}}

==== 七、备注：闪退问题 ====
如果遇到“open Project”闪退，或者编译时闪退，可网上搜索关键字“ISE 14.7 闪退”，解决办法基本一致。下面是解决步骤：\\ 
1、第一步
  * 找到ISE安装目录下的文件夹：
    * C:\Xilinx\14.7\ISE_DS\ISE\lib\nt64         (如果在其他盘安装，切换盘符，找到ISE的安装目录)

  * 对文件夹下的两个文件作如下操作：
    * 将libPortability.dll重名为libPortability.dll.orig
    * 将 libPortabilityNOSH.dll 复制一份，然后将这个复制重命名为libPortability.dll
2、第二步
  * 寻找安装Xilinx_ISE的安装目录下的文件夹：
    * C:\Xilinx\14.7\ISE_DS\common\lib\nt64     (如果在其他盘安装，切换盘符，找到ISE的安装目录)

  * 对文件夹下的两个文件作如下操作：
    * 将libPortability.dll重名为libPortability.dll.orig
    * 然后将已经复制好的libPortabilityNOSH.dll文件复制到该文件夹下，并重命名为libPortability.dll