【FPGA开发者项目连载】GW1NSR片上Cortex-M3应用之搭载RT-Thread驱动SPI LCD

视频演示

`一、概述
本文介绍国产FPGA GW1NSR的片上资源和特性，从官网能获取资料的途径，完成这一步可以使读者在自己的项目遇到问题的时候能够独立解决，高云官网提供了综合用的IDE、编程下载工具，以及应用手册、数据手册和参考手册，所有资源都会附上链接。第三章从新建工程开始一步一步的介绍如何写一个verilog文件实现一个流水灯，读者读完这章可以下载软件敲一下代码，步骤很详细，不懂在本贴下方留言。第三章介绍IP核的使用，本次是使用片上的硬核CM3处理器，使用IP核配置工具使能SPI总线、UART和GPIO0，用于驱动spi接口的lcd，读完这章读者可以在硬核上使能自己想要的外设。第五章介绍如何移植rtthread到硬核上。希望读完本文的读者能够基于高云的FPGA芯片和开发工具能够快速上手自己的项目。
二、GW1NSR介绍
提到华为被美国制裁，这是国人的痛楚，我们在芯片行业落后于人，verilog是数字IC前端用于IC验证的语言，verilog根据不同的综合器可以得到不同的比特流，如高云云源软件综合出的可以用于FPGA的比特流，而在数字IC前端使用sysnopsy的综合器可以得到用于后端的门级网表，希望读者能明白学习FPGA的意义，高云推出的板载GW1NSR的ministar开发板非常适合于verilog的学习。

可以看到GW1NSR内嵌了一个CM3的硬核，还有一个DSP，使用verilog语言可以得到任何数字电路，FPGA一般用于IO扩展，因为数字电路是并行的，能够提升MCU的性能，片上集成了一个CM3，其优势是可以减小嵌入式产品的体积，普通采用MCU+FPGA架构的产品因为使用了分立的MCU+FPGA会增加产品体积，加上目前国内MCU的缺货现状，GW1NSR在性能上要高于普通MCU，既可以在硬核上运行串行的业务逻辑，也能用FPGA的资源实现并行的数字逻辑。想要详细的了解这颗芯片的资源，请查看芯片的数据手册。
资料链接：http://www.gowinsemi.com.cn/down.aspx?FId=n14:14:26
三、入门：带你从新建工程到手写一个流水灯
3.1、开发环境准备
3.1.1 下载和安装软件

下载地址：http://www.gowinsemi.com.cn/faq.aspx
3.1.2 申请licence
申请地址：http://www.gowinsemi.com.cn/faq_view.aspx

3.1.3 安装ministar的u***驱动
参考：https://blog.csdn.net/csdnyueguoyu/article/details/99577971?ops_request_misc=%257B%2522request%255Fid%2522%253A%2522162312085716780269896555%2522%252C%2522scm%2522%253A%252220140713.130102334..%2522%257D&request_id=162312085716780269896555&biz_id=0&utm_medium=distribute.pc_search_result.none-task-blog-2~all~sobaiduend~default-1-99577971.first_rank_v2_pc_rank_v29&utm_term=ft2232d&spm=1018.2226.3001.4187
3.2 新建工程和创建verilog文件
3.2.1 新建工程

3.2.2 新建和编写verilog文件

//author：qwz//time：2021.6.8//version：v0.1//desc:clk信号连接到硬件上的晶振，采用异步复位的方式（检测到复位引脚下降沿则执行复位动作），每有一个时钟脉冲clk，计数寄存器cnt+1，计数达到1000_0000次清零计数器，4位led左移一位。​module led_flow(input clk,//时钟                input rst_n,//复位按键                    output reg [1:0] led  //4位led                );​reg [23:0] cnt;//时钟脉冲计数器​always @(posedge clk or posedge rst_n) begin    if(rst_n)         cnt <= 24'd0 ;//检测到复位键下降沿清零计数器    else          cnt <= (cnt == 24'd1000_0000)?(24'd0):cnt+1'b1;//计数值达到1000_0000清零计数器，否则计数值+1end​always @(posedge clk or posedge rst_n) begin    if(rst_n)         led <= 2'b01 ;//复位后led[0]亮，led[3:1]灭    else  if(cnt == 24'd1000_0000)          led <= {led[0],led[1]};//计数值达到1000_0000进行4位led进行移位        else         led <= led;//计数值未达到1000_0000 led不移位end​endmodule3.3 综合

3.4 引脚分配

我的配置

3.5 布局布线

3.6 下载验证

下载完成后，此时板子上的两个LED在轮流闪烁。
四、实战：ip核应用之片上硬核处理器
新建工程同第三章，本章主要内容为使用IP核使能片上硬核的spi外设驱动spi的lcd。

注意配置为LVCMOS33，驱动spi芯片需要3.3V电平。

FPGA部分的配置就到这里，后面开始写CM3的程序。
下载固件包，下载地址：http://www.gowinsemi.com.cn/prodshow_view.aspx?TypeId=71&Id=186&FId=t31:71:31

驱动的核心是实现spi的写寄存器和写数据函数，如下，详细驱动代码见文末的工程文件。
//用到高云mcu固件库的spi写函数SPI_WriteData(data)，定义了spi的片选宏和lcd驱动的命令/数据使能宏。移植比较简单。void LCD_WR_REG(uint8_t data){    LCD_CS_CLR;              LCD_RS_CLR；        SPI_WriteData(data);   LCD_CS_SET;        }void LCD_WR_DATA(uint8_t data){   LCD_CS_CLR;         LCD_RS_SET;        SPI_WriteData(data);   LCD_CS_SET;}
完成了FPGA和CM3两个部分的工作，FPGA工程综合出了fs文件、CM3工程编译出了bin文件，接着就是下载了。

此时lcd开始显示测试画面，说明驱动正常，cm3工作正常。
五、移植操作系统rtthread到硬核
本章内容为移植rtthread到GW1NSR的片上CM3上，让产品具有实时性。
5.1 下载rtthread nano 3.1.3内核源码，并复制到工程目录下。
下载地址：https://www.rt-thread.org/page/download.html

5.2 在keil工程中添加源文件

5.3 添加头文件

5.4 注释掉systick、hardfault、pendsv中断

完成上面的步骤后编译工程，下载到开发板，rtthread开始在开发板上运行起来了。

六、总结
本次是第一次使用国产的FPGA，让我吃惊的是IP核比较丰富，这段时间在官网查资料的过程中， 我发现了riscv和arm的软核，发现有些参考手册是2018年发布的，可以知道高云在fpga已经相当长时间的技术积累，才能给用户带来方便的IDE软件和各类参考应用手册。这款ministar开发板挺适合学生使用的，希望高云推出更多这样的比赛赠送开发板给学生使用，助力verilog在我国的推广，推进我们国家数字IC的发展。

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spi.rar (4.58 MB, 下载次数: 16 )

my_gowin_spi_lcd.rar (297.77 KB, 下载次数: 11 )

代码排版乱了，补一个。

1. //author：qwz
   
2. //time：2021.6.8
   
3. //version：v0.1
   
4. //desc:clk信号连接到硬件上的晶振，采用异步复位的方式（检测到复位引脚下降沿则执行复位动作），每有一个时钟脉冲clk，计数寄存器cnt+1，计数达到1000_0000次清零计数器，2位led左移一位。
   
5. ​
   
6. module led_flow(input clk,//时钟
   
7.                input rst_n,//复位按键
   
8.                     output reg [1:0] led  //2位led
   
9.                );
   
10. ​
    
11. reg [23:0] cnt;//时钟脉冲计数器
    
12. ​
    
13. always @(posedge clk or posedge rst_n) begin
    
14.    if(rst_n)
    
15.          cnt <= 24'd0 ;//检测到复位键下降沿清零计数器
    
16.    else
    
17.          cnt <= (cnt == 24'd1000_0000)?(24'd0):cnt+1'b1;//计数值达到1000_0000清零计数器，否则计数值+1
    
18. end
    
19. ​
    
20. always @(posedge clk or posedge rst_n) begin
    
21.    if(rst_n)
    
22.          led <= 2'b01 ;//复位后led[0]亮，led[1]灭
    
23.    else  if(cnt == 24'd1000_0000)
    
24.           led <= {led[0],led[1]};//计数值达到1000_0000进行2位led进行移位
    
25.    else
    
26.          led <= led;//计数值未达到1000_0000 led不移位
    
27. end
    
28. ​
    
29. endmodule

复制代码

spi驱动部分的代码排版乱了，补一个。

1. void LCD_WR_REG(uint8_t data)
   
2. {
   
3.    LCD_CS_CLR;     
   
4.          LCD_RS_CLR;          
   
5.    //HAL_SPI_Transmit(&hspi1,&data,1,100);
   
6.         SPI_WriteData(data);
   
7.    LCD_CS_SET;       
   
8. }
   
9. 
   
10. 
    
11. void LCD_WR_DATA(uint8_t data)
    
12. {
    
13.    LCD_CS_CLR;
    
14.          LCD_RS_SET;
    
15.    //HAL_SPI_Transmit(&hspi1,&data,1,100);
    
16.         SPI_WriteData(data);
    
17.    LCD_CS_SET;
    
18. }

复制代码