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本文檔介紹了AG32開發(fā)中，MCU與CPLD交互的具體方式以及例子。
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一、MCU和CPLD直接交互
cpld工程創(chuàng)建及編譯的操作流程，參考文檔《AG32下fpga和cpld的使用入門》
在工程中，用戶邏輯部分編寫是從analog_ip.v的接口下開始的。
mcu和cpld之間的交互，可以分為：
1. mcu傳遞信號給cpld；（如mcu的gpio傳遞高低信號到cpld）
2. cpld傳遞信號給mcu；（如：對mcu產(chǎn)生中斷信號）
3. mcu讀寫數(shù)據(jù)到cpld；
4. 不建議，cpld做為主設(shè)備對mcu寫。
也就是說，在mcu和cpld交互中，cpld更像一個外設(shè)。
其中，前兩種較為簡單。后兩種要使用AHB總線來操作。
下邊針對四種情況分別說明：
1. mcu傳遞信號給cpld；
這種使用較簡單。步驟如下：
在ve中定義信號：
表示，用mcu的gpio（gpio4_1）來輸入信號到cpld。
然后，prepare LOGIC工程后，可以看到analog_ip.v接口中的信號：
input?????????????iocvt_chn_out_data,
input?????????????iocvt_chn_out_en,
這里的iocvt_chn_out_data，就是對接到mcu的gpio4_1的信號。
當(dāng)控制mcu的gpio4_1高低切換時，cpld中的iocvt_chn_out_data，會對應(yīng)來變化。
具體樣例，可以參考網(wǎng)盤“l(fā)ogic樣例3.mcu信號到cpld到pin”的樣例，該樣例中，展示了mcu控制cpld繼續(xù)控制led的過程。
除了gpio信號輸出到cpld，其他比如pwm輸出信號等，都可以輸入到cpld。
2. cpld傳遞信號給mcu；
這種方式和1相近，只不過是反向。
可以在mcu中定義gpio4_2為輸入并使能中斷，則cpld中設(shè)置信號高低時，將觸發(fā)?mcu的中斷。
在VE中定義信號：
GPIO4_2
iocvt_chn:INPUT
表示，用mcu的gpio（gpio4_2）信號來源于cpld的iocvt_chn。
然后，prepare LOGIC工程后，可以看到analog_ip.v接口中的信號：
output?????????????iocvt_chn_in_data,
這里的iocvt_chn_in_data，就是對接到mcu的gpio4_2的信號。
當(dāng)cpld中控制iocvt_chn_in_data信號高低時，mcu中的gpio4_2對應(yīng)變化。
這里不再舉例。
3. mcu讀寫數(shù)據(jù)到cpld；
在地址設(shè)計中，cpld的地址區(qū)間是：0x60000000 ~
0x7FFFFFFF
當(dāng)mcu對這個區(qū)間內(nèi)的地址訪問時，相當(dāng)于訪問了cpld的“寄存器”。
mcu是全局尋址，對這個空間的訪問和對ram（0x20000000起）空間的訪問是一樣的方式，在C代碼中，可以這樣寫：
讀cpld：int cpRdReg = *((int *)0x60000000);
寫cpld：*((int *)0x60000004) = cpWtReg;
Mcu端讀寫cpld較為簡單，直接通過上述語句就可以了。
當(dāng)mcu讀寫動作發(fā)生時，cpld端是如何反應(yīng)的？
當(dāng)上述mcu讀寫動作發(fā)生時，AHB總線會把動作拆解為讀寫信號，傳遞到analog_ip.v的接口，用戶cpld程序需要響應(yīng)該信號。
以下，以寫動作 *((int *)0x60000004) = cpWtReg 為例，描述cpld端會發(fā)生的事情。
回顧下analog_ip.v中的接口部分：
其中slave_ahb_開頭的一組信號，是cpld作為主端時用的，暫時不用理會。
Mem_ahb_開頭的一組信號，是cpld作為從端使用的。
當(dāng)mcu有讀寫操作時，mem_ahb_這組信號將發(fā)生變化。
這部分是遵循標(biāo)準(zhǔn)的AHB總線協(xié)議的。如果對AHB總線印象不深，請自行百度。
可參考的講解：https://blog.csdn.net/weixin_46022434/article/details/104987905
幾個信號的概述（更詳細(xì)的講解請自行百度）：
Ahb_htrans: 當(dāng)前傳輸類型（00: IDLE、01: BUSY、10: NONSEQ、11: SEQ）
Ahb_ready：mcu讀時要mcu要準(zhǔn)備好cpld才會寫
Ahb_hwrite: 要讀還是要寫（1為寫，0為讀）
Ahb_haddr[32]: 要操作的地址
Ahb_hsize：transfer的大小，以字節(jié)為單位
Ahb_hburst：批量傳輸
Ahb_hwdata[32]：寫的數(shù)據(jù)，32位
Ahb_hreadyout：輸出信號，mcu寫時cpld是否準(zhǔn)備好
Ahb_hresp：輸出信號，響應(yīng)信號（OK、retry、error、split）
Ahb_hrdata[32]：讀的數(shù)據(jù)，32位
根據(jù)AHB時序，在一次傳輸中，cpld（slave端）會先拿到addr地址，讀或?qū)懙臉?biāo)記，然后交互ready信號后，開始數(shù)據(jù)傳輸。
大致如下圖（無等待類型的圖）：
比如，mcu要讀0x60000004的寄存器：
mcu端直接C語言這樣調(diào)用：int cpRdReg = *((int
*)0x60000004);
cpld端，可以根據(jù)以上信號做如下處理：
----------------------------------------------
//mcu的讀操作響應(yīng)
//mcu端用C語言：int value = *((int *)0x60000004);
reg [31:0] hrdata_reg; ?????? //定義32位的hrdata_reg
always @(posedge sys_clock) begin??????? //clk上升沿觸發(fā)
if (mem_ahb_htrans ==
2'b10 &&? ???????? //NONSEQ狀態(tài)，第一次傳輸
? mem_ahb_hready && ??????????????? ????????? //master已ready，可以給數(shù)據(jù)線寫入了
? !mem_ahb_hwrite &&??????? ???????? //讀（0 讀，1 寫）
? mem_ahb_haddr[23:0] == 'h04) ??????? //讀地址為0x60000004（cpld用相對偏移）
begin
hrdata_reg <=
hwdata_reg;????????????? //把另一準(zhǔn)備好的數(shù)據(jù)給到hrdata_reg
end
end
assign mem_ahb_hrdata = hrdata_reg; //綁定hrdata_reg到讀的數(shù)據(jù)線上
-----------------------------------------------
以上代碼，加入到analog_ip.v的module下，就可以完成cpld對mcu讀動作的響應(yīng)。
比如，mcu要寫0x60000000的寄存器：
mcu端直接C語言這樣調(diào)用：*((int *)0x60000000)
= value;
cpld端，可以根據(jù)以上信號做如下處理：
----------------------------------------------
//mcu的寫操作響應(yīng)
//mcu端用C語言：*((int *)0x60000000) = value;
reg [31:0] hwdata_reg; ?????? //定義32位的hwdata_reg
always @(posedge sys_clock) begin??????? //clk上升沿觸發(fā)
if (mem_ahb_htrans ==
2'b00 &&? ?????? //IDLE狀態(tài)
? mem_ahb_hreadyout && ????????? ???????? //cpld已ready狀態(tài)，ahb上數(shù)據(jù)可以寫過來
? mem_ahb_hwrite &&??????? ????????? //寫（0 讀，1 寫）
? mem_ahb_haddr[23:0] == 'h00) ??????? //寫地址為0x60000000（cpld用相對偏移）
begin
hwdata_reg <=
mem_ahb_hwdata;???????? //把收到的數(shù)據(jù)給到hwdata_reg
end
end
//這個過程，是把mcu寫進(jìn)來的數(shù)據(jù)收到hwdata_reg中
-----------------------------------------------
這部分的實例代碼，請參考網(wǎng)盤上cpld樣例工程《5.mcu讀寫cpld寄存器》。
注意：這里展示的，僅僅是基于AHB總線上的數(shù)據(jù)交互。
在實際應(yīng)用中，比如要實現(xiàn)一個串口之類的，往往是慢速設(shè)備，這些是要掛載到apb ? 上的。慢速設(shè)備要經(jīng)過ahb到apb的bridge，才能最終使用。請繼續(xù)往下看。
二、mcu通過ahb轉(zhuǎn)apb后的數(shù)據(jù)交互
上節(jié)講述了mcu和cpld之間交互數(shù)據(jù)的實現(xiàn)方式。
但數(shù)據(jù)是在ahb層面的響應(yīng)，慢速設(shè)備不能直接使用。
慢速設(shè)備需要ahb轉(zhuǎn)為apb后，使用apb的信號來交互。這種情況，轉(zhuǎn)變?yōu)閙cu和apb? 之間的交互。
mcu和apb之間的交互，相比mcu和aph之間的交互，多了一層ahb到apb的轉(zhuǎn)換。這個轉(zhuǎn)換是借助于ahb2apb.v模塊來實現(xiàn)的（在example/analog下找該.v文件）。
該模塊：輸入是ahb的一組信號，輸出是apb的一組信號。使用如下圖：
如果實現(xiàn)mcu和apb的交互，則需要操作的是轉(zhuǎn)換后的這組apb信號。
關(guān)于apb總線的使用，更多信息請自行百度。
這里只是簡述下apb信號列表（與ahb略有不同）：
apb_psel：片選
apb_penable：表示傳輸進(jìn)入第二周期（準(zhǔn)備好了讀/寫）
apb_pwrite：傳輸方向（1-寫；0-讀）
apb_paddr[32]：地址總線，要操作的地址
apb_pwdata[32]：寫的數(shù)據(jù)，32位
apb_prdata[32]：讀的數(shù)據(jù)，32位
以下展示在apb下如何實現(xiàn)跟mcu的交互，仍以ahb的兩個寄存器為例。
1. 首先需要增加ahb轉(zhuǎn)apb的信號關(guān)聯(lián)；
如上圖。
Ahb2apb模塊會把a(bǔ)hb信號轉(zhuǎn)換為apb信號。接下來操作apb信號即可。
2. 在轉(zhuǎn)換后的apb信號中，實現(xiàn)寫和讀的操作。
mcu讀操作時：
比如，mcu要讀0x60000004的寄存器：
mcu端直接C語言這樣調(diào)用：int cpRdReg = *((int
*)0x60000004);
cpld端，可以根據(jù)以上信號做如下處理：
----------------------------------------------
//mcu的讀操作響應(yīng)
//mcu端用C語言：int value = *((int *)0x60000004);
reg [31:0] ardata_reg; ?????? //定義32位的hrdata_reg
always @(posedge apb_clock) begin????? //clk上升沿觸發(fā)
if (!apb_pwrite
&&??????? ???????????????????? //讀 （0 讀，1 寫）
apb_penable
&&???????????????????????????????? //是否準(zhǔn)備好
apb_paddr[11:0]
== ‘h04)??? //讀地址為0x60000004（cpld內(nèi)部用相對偏移）
begin
ardata_reg <=
awdata_reg;????????????? //把另一準(zhǔn)備好的數(shù)據(jù)給到hrdata_reg
end
end
assign apb_prdata = ardata_reg; //綁定hrdata_reg到讀的數(shù)據(jù)線上
-----------------------------------------------
mcu寫操作時：
比如，mcu要寫0x60000000的寄存器：
mcu端直接C語言這樣調(diào)用：*((int *)0x60000000)
= value;
cpld端，可以根據(jù)以上信號做如下處理：
----------------------------------------------
//mcu的寫操作響應(yīng)
//mcu端用C語言：*((int *)0x60000000) = value;
reg [31:0] awdata_reg; ?????? //定義32位的hwdata_reg
always @(posedge apb_clock) begin????? //clk上升沿觸發(fā)
if (apb_pwrite
&&??????? ????????????????????? //寫 （0 讀，1 寫）
apb_penable
&&???????????????????????????????? //是否準(zhǔn)備好
apb_paddr[11:0]
== ‘h00)? //寫地址為0x60000000（cpld內(nèi)部用相對偏移）
begin
awdata_reg <=
apb_pwdata;?????????? //把收到的數(shù)據(jù)給到hwdata_reg
end
end
//這個過程，是把mcu寫進(jìn)來的數(shù)據(jù)收到hwdata_reg中
-----------------------------------------------
這個功能實現(xiàn)后，其實是個簡單的“空外設(shè)”?？梢杂盟鰹閷崿F(xiàn)復(fù)雜功能外設(shè)的基礎(chǔ)。
這部分的實例代碼，請參考網(wǎng)盤上cpld樣例工程《5.mcu讀寫cpld寄存器》。
樣例展示到這里，mcu和cpld的交互上：交互信號、跟ahb交互數(shù)據(jù)、跟apb交互數(shù)據(jù)，基本的交互通路已經(jīng)建立。
接下來，用戶根據(jù)自己的需求，在cpld中交互到數(shù)據(jù)后，編寫自己需要的功能即可。
三、DMA在CPLD中的使用
cpld中實現(xiàn)DMA的邏輯：
1. MCU為master，cpld為slave，mcu對cpld的交互方式為存取寄存器的方式；
2. mcu中配置好DMA（讀取cpld中準(zhǔn)備好的數(shù)據(jù)）；
3. cpld中準(zhǔn)備好數(shù)據(jù)后，觸發(fā)dma信號，dma自動搬運(yùn)到mcu指定的ram；
4. 搬運(yùn)一次后，dma給cpld一個clear信號，完成一次dma搬運(yùn)；
5. 等到cpld中再次準(zhǔn)備好數(shù)據(jù)，將再次觸發(fā)dma信號，重復(fù)3和4；
對于cpld來說，mcu來讀取數(shù)據(jù)和dma來讀取數(shù)據(jù)，是一致的。
dma來讀取時，只是每次讀完后會多給cpld一個clear信號。
更多細(xì)節(jié)，請參考網(wǎng)盤上《7.cpld中配合實現(xiàn)mcu的dma讀取》部分的樣例。
在這個樣例中，展示了兩部分代碼：
1. mcu中，配置dma讀取；為了測試，mcu會在另一地址給cpld寫數(shù)據(jù)；
2. cpld中，會對mcu寫進(jìn)來的數(shù)據(jù)緩存，緩存后觸發(fā)dma的信號，讓dma來讀取數(shù)據(jù)。而dma從cpld里讀取數(shù)據(jù)后會給cpld一個clear信號，標(biāo)志一次dma交互完成。
