【Sipeed TangNano9K开发板试用体验】+ 使用软核利用GPIO驱动游戏手柄

开发板

Tang Nano9K使用软核利用GPIO驱动游戏手柄

本次试用使用sipeed的Tang Nano 9K开发板，利用官方提供的riscv软核IP，并且扩充存储器，串口，GPIO等外设和HDMI显示接口，并将GPIO接口外扩PC游戏手柄，采集手柄按键状态，通过riscv软核处理器识别安装状态。
1. 硬件准备

本次测试的基本硬件拓扑结构。以TangNano 9K为核心，包含LED灯，手柄，hdmi显示器。

TangNano 9K中包括了RISCV64软核IP，扩展了RAM，SPI接口的Flash存储器，GPIO和串口外设等，HDMI的驱动接口，以及为了保证系统运行的Reset按键，锁相环PLL的设备。

1.1 通过GPIO扩展采集游戏手柄

通过扩展GPIO采集游戏手柄上按钮的状态，本次采集手柄行的4个Button按键。

1、硬件扩展

扩展PIN25，PIN26，PIN27，PIN28四个IO点，采集手柄Button输入状态。

采用洞洞板，焊接了9K的扩展接口，也焊接了手柄的接口，并将使用的IO引出到扩展接口上。

1.2 通过GPIO扩展驱动LED小灯

LED的连接原理图

通过原理图可以了解到，小灯采用1.8V驱动，低电平有效，共有6个LED，引脚的连接关系如下表：

序号	LED	PIN
1	LED1	PIN10
2	LED2	PIN11
3	LED3	PIN13
4	LED4	PIN14
5	LED5	PIN15
6	LED6	PIN16

2. 工程创建

整体工程以官方提供的例子picotiny为基础。

2.1 下载Tang Nano 9K的官方例程，https://gitee.com/story_xjj/TangNano-9K-example

2.2 打开工程

工程中包含了内核picoRV32，存储器，时钟，串口，外设，HDMI接口等。

2.3 IO扩展V代码

1）调整picotiny.v的顶层代码

module picotiny (
input clk,
input resetn,
output tmds_clk_n,
output tmds_clk_p,
output [2:0] tmds_d_n,
output [2:0] tmds_d_p,
output flash_clk,
output flash_c***,
inout flash_mosi,
inout flash_miso,
input ser_rx,
output ser_tx,
inout [10:0] gpio
);

复制代码

将inout [6:0] gpio，调整为inout [10:0] gpio ，这样给GPIO模块增加了4组IO输入。

2.4 完成物理约束

首先对代码综合一下，然后点击FloorPlanner完成物理约束定义。根据原理图的要求，和固件程序的处理要求，完成引脚分配和定义。

由于系统中用到了spi接口操作内嵌的flash存储器，所以还需要完成双目的引脚的定义，如图中所示选择。

增加游戏手柄输入引脚的对应分配关系。

将新增的4个GPIO引脚分别对应到PIN25，PIN26，PIN27，PIN28。选择这4个引脚的目的有2个：

一个是这4个IO没有特殊功能，并且引出到端子上了；

另一个是这4个IO属于BANK2，属于3.3V区域，适合使用。

2.5 布局布线

双击“Place & Route”，通常情况下是没有问题。

2.6 烧录到FPGA

烧录的目标由前面的”SRAM program“，更改为“embFlash Erase，Program”。点击“program/cofigure”按钮，将前面完成的布局布线结果烧录到系统中。

3. 固件开发准备

系统中为我们提供了系统固件的例程，存储在fw目录下。

3.1 工具链准备

我在windows环境下直接编译固件，所以需要windwos版的RISC-V的编译器。

为了简便起见，直接下载了官方提供的IDE环境，http://www.gowinsemi.com.cn/prodshow.aspx

然后安装处理器软件开发环境。

3.2 python环境

这个不详细写了，我们应该下载python3.6以上版本安装，同时应该选择将python的路径添加到系统的Path变量中。

3.3 编译固件准备

在picotiny目录的根目录下包含一个Makefile，我们打开它，然后调整

1）其中的RISCV_PATH的路径，选择前面我们安装的开发环境中 risc-v的工具链的路径；

2） COMx调整为系统中实际枚举出的串口号。

保存后退出。

由于编译的过程中还需要make工具，所以，还需要将目录

盘符:GMDtoolchainGNU MCU EclipseBuildTools2.11-20180428-1604bin

添加到系统路径中。

PYTHON_NAME ?= python
RISCV_NAME ?= riscv-none-embed
RISCV_PATH ?= C:/GMD/toolchain/RISC-V_toolchain
MAKE ?= make
FW_FILE = fw/fw-flash/build/fw-flash.v
PROG_FILE ?= $(FW_FILE)
COMx ?= COM11
export PYTHON_NAME
export RISCV_NAME
export RISCV_PATH
.PHONY: all brom flash clean program
all: brom flash
$(FW_FILE): flash
brom:
$(MAKE) -C fw/fw-brom
flash:
$(MAKE) -C fw/fw-flash
clean:
$(MAKE) -C fw/fw-brom clean
$(MAKE) -C fw/fw-flash clean
program: $(PROG_FILE)
$(PYTHON_NAME) sw/pico-programmer.py $(PROG_FILE) $(COMx)

复制代码

3.4 编译固件

打开一个windows终端，并且进入到picotiny的根目录。编译固件，需要在终端中执行“make”，输出如下，我们可见它编译了fw-brom和fw-flash这两个固件，通常直接编译通过了。

3.5 烧录处理器固件到flash’存储器中

同上，我们直接在刚才的终端中执行“make program”，可见通过一个python的烧录工具pico-programmer.py将fw-flash固件烧录到嵌入式存储器中。

4. 固件实现

固件主要包括如下几个部分：

串口通讯，GPIO驱动LED小灯，GPIO采集，按键的处理，软件定时器等。

4.1 串口通讯

系统没有采用标准输入输出接口，而是自己重写了打印函数。

int putchar(int c)
{
if (c == 'n')
UART0->DATA = 'r';
UART0->DATA = c;
return c;
}
void print(const char *p)
{
while (*p)
putchar(*(p++));
}
void print_hex(uint32_t v, int digits)
{
for (int i = 7; i >= 0; i--) {
char c = "0123456789abcdef"[(v >> (4*i)) & 15];
if (c == '0' && i >= digits) continue;
putchar(c);
digits = i;
}
}
void print_dec(uint32_t v)
{
if (v >= 100) {
print(">=100");
return;
}
if (v >= 90) { putchar('9'); v -= 90; }
else if (v >= 80) { putchar('8'); v -= 80; }
else if (v >= 70) { putchar('7'); v -= 70; }
else if (v >= 60) { putchar('6'); v -= 60; }
else if (v >= 50) { putchar('5'); v -= 50; }
else if (v >= 40) { putchar('4'); v -= 40; }
else if (v >= 30) { putchar('3'); v -= 30; }
else if (v >= 20) { putchar('2'); v -= 20; }
else if (v >= 10) { putchar('1'); v -= 10; }
if (v >= 9) { putchar('9'); v -= 9; }
else if (v >= 8) { putchar('8'); v -= 8; }
else if (v >= 7) { putchar('7'); v -= 7; }
else if (v >= 6) { putchar('6'); v -= 6; }
else if (v >= 5) { putchar('5'); v -= 5; }
else if (v >= 4) { putchar('4'); v -= 4; }
else if (v >= 3) { putchar('3'); v -= 3; }
else if (v >= 2) { putchar('2'); v -= 2; }
else if (v >= 1) { putchar('1'); v -= 1; }
else putchar('0');
}

复制代码

4.2 LED灯驱动

#define LED0_BIT 0x00000001
void led0_flush(void)
{
// print("Toggle led 1n");
GPIO0->OUT ^= LED0_BIT;
}

复制代码

4.3 GPIO按键采集和按键扫描处理

#define BTN_1_MASKCODE 0x00000400
#define BTN_2_MASKCODE 0x00000100
#define BTN_3_MASKCODE 0x00000200
#define BTN_4_MASKCODE 0x00000080
#define BTN_1_CODE 0x01
#define BTN_2_CODE 0x02
#define BTN_3_CODE 0x04
#define BTN_4_CODE 0x08
#define KEY_UP BTN_4_CODE
#define KEY_DOWN BTN_2_CODE
#define KEY_LEFT BTN_1_CODE
#define KEY_RIGHT BTN_3_CODE
volatile unsigned char btn_code;
volatile unsigned int btn_press_down_count,btn_release_count;
unsigned char Get_KeyCode(void)
{
unsigned char code = btn_code;
return code;
}
void Get_KeyBoard(unsigned int bininput)
{
unsigned char tmp_code = 0;
if((bininput & BTN_1_MASKCODE) == 0)
{
// print("BTN 1 Pressed !n");
tmp_code = BTN_1_CODE;
}
else if((bininput & BTN_2_MASKCODE) == 0)
{
// print("BTN 2 Pressed !n");
tmp_code = BTN_2_CODE;
}
else if((bininput & BTN_3_MASKCODE) == 0)
{
// print("BTN 3 Pressed !n");
tmp_code = BTN_3_CODE;
}
else if((bininput & BTN_4_MASKCODE) == 0)
{
// print("BTN 4 Pressed !n");
tmp_code = BTN_4_CODE;
}
else
{
tmp_code = 0;
}
if(tmp_code != 0)
{
btn_release_count = 0;
btn_press_down_count ++;
if(btn_press_down_count > 255)
{
if(btn_code == 0)
btn_code = tmp_code;
}
}
else
{
btn_press_down_count = 0;
btn_release_count ++;
if(btn_release_count > 255)
{
btn_code = 0;
}
}
}

复制代码

4.4 软件定时器

结构定义

typedef struct
{
unsigned char flag;
unsigned long counter;
unsigned long match_count;
void (*p)(void);
}_struct_delay_;

复制代码

#define DELAY_VALIAD_BIT 0x01
#define DELAY_PERIOD_BIT 0x02
#define DELAY_END_BIT 0x80
void softTimer_init(_struct_delay_ * p, unsigned long c, void * f)
{
if(c == 0 )
return;
p->match_count = c;
p->counter = 0;
p->flag |= DELAY_PERIOD_BIT | DELAY_VALIAD_BIT;
p->p = f;
}
void softTimer_run(_struct_delay_ * p)
{
if(p->flag & DELAY_VALIAD_BIT) //软件定时器有效
{
if(p->flag & DELAY_END_BIT) //软件定时器已经运行结束，如果为单次执行的话必须重新初始化
return ;
p->counter ++;
if(p->counter >= p->match_count)
{
p->flag |= DELAY_END_BIT;
p->counter = 0;
p->p();
if(p->flag & DELAY_PERIOD_BIT)
p->flag &= ~(DELAY_END_BIT);
}
}
}

复制代码

基本使用方法

_struct_delay_ st_timer0;
softTimer_init(&st_timer0, 10000, led0_flush);
softTimer_run(&st_timer0);

复制代码

4.5 按键控制小蛇在屏幕上游走

char street[30] = "| |nr";
unsigned int linecount = 0;
unsigned int rowcount = 1;
unsigned int oldl=0,oldr=1;
unsigned char keycode;
void game_sport(unsigned char key)
{
if(key == 0)
return;
switch(key)
{
case KEY_UP:
if(linecount > 0)
linecount--;
break;
case KEY_DOWN:
if(linecount < 58)
linecount++;
break;
case KEY_LEFT:
if(rowcount > 1)
rowcount --;
break;
case KEY_RIGHT:
if(rowcount < 17)
rowcount++;
break;
default:
break;
}
street[rowcount] = 'V';
street[oldr] = ' ';
oldl = linecount;
oldr = rowcount;
}
void game_run(void)
{
int k;
keycode = Get_KeyCode();
game_sport(keycode);
}

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5. 实测效果

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