學習內容

本文介紹關于AXI BRAM控制器的相關內容，針對數據量較少、地址不連續、長度不規則的情況，通過 BRAM 來進行數據的交互。

開發環境

vivado 18.3&SDK，PYNQ-Z2開發板。

AXI BRAM控制器

簡介

BRAM控制器可以用于與 AXI 互連和系統主設備的集成，以與本地塊 RAM 進行通信。內核支持到塊 RAM 的單次和突發傳輸，并針對性能進行了優化。AX14或AX14- lite控制器配置中，可以配置到BRAM塊的單個端口或到BRAM塊的兩個端口。通過第二個AX14-Lite控制端口連接，AXI BRAM控制器IP可以在數據路徑上配置ECC功能，并通過可用的外部ECC寄存器設置。AXI BRAM Controller IP核的頂級端口連接和主模塊如下圖所示。展示了AX14-Lite模式下，AXI BRAM核心與BRAM塊的連接。可以利用BRAM塊的單端口利用率或BRAM塊的雙端口模式(通過參數設置)。

下圖展示了為支持AX14接口而生成的HDL核心。對BRAM塊的單端口使用可以配置在雙端口配置中增強的性能設置。，詳細結構框圖如下：

所有與axis主設備的通信都是通過一個5通道的axis接口進行的。所有寫操作都在AXI總線的寫地址通道(AW)上啟動，該通道指定了寫事務的類型和相應的地址信息。寫數據通道(W)為單個或突發寫操作通信所有寫數據。寫響應通道(B)用作寫操作的握手或響應。

在讀操作上，當AXI主程序請求讀傳輸時，讀地址通道(AR)通信所有地址和控制信息。當可以處理讀操作時，AXI從AXI BRAM控制器IP響應讀地址通道(AR)。當讀取數據可用時，讀數據通道(R)將轉換操作的數據和狀態。

支持內存大小

AXI BRAM Controller支持的內存最大為2mbytes(字節大小為8或9)，支持的內存寬度和深度如表1-1所示。

AXI BRAM Controller IP支持的最小深度為512字節。任何小于512的深度都被調整為512字節。

系統框圖與工程設計

工程功能設計為PS 將串口接收到的數據寫入 BRAM，然后從 BRAM 中讀出數據，并通過串口打印出來；與此同時， PL 從 BRAM 中同樣讀出數據，并通過 ILA 來觀察讀出的數據與串口打印的數據是否一致。系統框圖如下：

硬件平臺搭建

新建工程，創建 block design。

配置ZYNQ7

添加ZYNQ7 IP，對zynq進行初始化配置，勾選配置uart資源，

使能clock復位和 M_GP0接口，

配置時鐘，

配置BRAM控制器和BRAM

接著配置BRAM控制器，基本是默認配置。

配置BRAM

連接連線后系統如下，

設計讀取控制模塊

首先點擊tools創建一個新的IP，

選擇創建一個AXI4接口的IP。

編輯IP名稱等信息，設計IP的接口信息，

點擊finish，完成IP創建。

在IP目錄下找到自己創建好的IP，右鍵進行IP的編輯。

在頂層進行例化ram接口。

在AXI總線協議實現的文件中添加IP的例化，實現AXI-Lite接口的功能進行參數的傳遞。

這里引用正點原子的BRAM的讀取模塊，bram_rd.v

module bram_rd(
    input                clk        , //時鐘信號
    input                rst_n      , //復位信號
    input                start_rd   , //讀開始信號
    input        [31:0]  start_addr , //讀開始地址  
    input        [31:0]  rd_len     , //讀數據的長度
    //RAM端口
    output               ram_clk    , //RAM時鐘
    input        [31:0]  ram_rd_data, //RAM中讀出的數據
    output  reg          ram_en     , //RAM使能信號
    output  reg  [31:0]  ram_addr   , //RAM地址
    output  reg  [3:0]   ram_we     , //RAM讀寫控制信號
    output  reg  [31:0]  ram_wr_data, //RAM寫數據
    output               ram_rst      //RAM復位信號,高電平有效
);


//reg define
reg  [1:0]   flow_cnt;
reg          start_rd_d0;
reg          start_rd_d1;


//wire define
wire         pos_start_rd;


//*****************************************************
//**                  main code
//*****************************************************


assign  ram_rst = 1'b0;
assign  ram_clk = clk ;
assign pos_start_rd = ~start_rd_d1 & start_rd_d0;


//延時兩拍，采start_rd信號的上升沿
always @(posedge clk or negedge rst_n) begin
    if(!rst_n) begin
        start_rd_d0 <= 1'b0;   
        start_rd_d1 <= 1'b0; 
    end
    else begin
        start_rd_d0 <= start_rd;   
        start_rd_d1 <= start_rd_d0;     
    end
end


//根據讀開始信號,從RAM中讀出數據
always @(posedge clk or negedge rst_n) begin
    if(!rst_n) begin
        flow_cnt <= 2'd0;
        ram_en <= 1'b0;
        ram_addr <= 32'd0;
        ram_we <= 4'd0;
    end
    else begin
        case(flow_cnt)
            2'd0 : begin
                if(pos_start_rd) begin
                    ram_en <= 1'b1;
                    ram_addr <= start_addr;
                    flow_cnt <= flow_cnt + 2'd1;
                end
            end
            2'd1 : begin
                if(ram_addr - start_addr == rd_len - 4) begin  //數據讀完
                    ram_en <= 1'b0;
                    flow_cnt <= flow_cnt + 2'd1;
                end
                else
                    ram_addr <= ram_addr + 32'd4;              //地址累加4
            end
            2'd2 : begin
                ram_addr <= 32'd0; 
                flow_cnt <= 2'd0;
            end
        endcase    
    end
end


endmodule

創建引腳接口，選擇任意一個BRAM引腳，創建封裝

設置接口和名稱，

完成接口映射。

然后點擊完成IP封裝。

完成系統設計

完成IP的創建后，添加IP，完成連線，整體設計如下圖所示：

然后在完成綜合后進行setup debug ，抓取b端口有關的信號。

完成添加DEDUG信號后，進行綜合生成bit流，然后導出硬件，launch SDK。

SDK軟件部分

新建應用工程，main.c中輸入以下代碼：

#include "xil_printf.h"
#include "stdio.h"
#include "xbram_hw.h"
#include "ps_pl_rd_ip.h"
#include "xparameters.h"


#define PL_BRAM_START  PS_PL_RD_IP_S00_AXI_SLV_REG0_OFFSET
#define PL_BRAM_START_ADDR PS_PL_RD_IP_S00_AXI_SLV_REG1_OFFSET
#define PL_BRAM_LEN PS_PL_RD_IP_S00_AXI_SLV_REG2_OFFSET
#define PS_PL_BASEADDR XPAR_PS_PL_RD_IP_0_S00_AXI_BASEADDR


#define START_ADDR  0
#define BRAM_DATA_BYTE 4
char input_data[1024];
int len_input_data;
int main(){
  while(1){
    int i=0;
    int wr_cnt=0;
    printf("ps_pl_bram test
");
    scanf("%s",input_data);
    len_input_data= strlen(input_data);
    for(i = START_ADDR*BRAM_DATA_BYTE;i<(START_ADDR + len_input_data)*BRAM_DATA_BYTE;i+=BRAM_DATA_BYTE)
    {
      PS_PL_RD_IP_mWriteReg(XPAR_BRAM_0_BASEADDR,i,input_data[wr_cnt]);
      wr_cnt++;
    }
    //配置起始地址
    PS_PL_RD_IP_mWriteReg(PS_PL_BASEADDR,PL_BRAM_START_ADDR,START_ADDR*BRAM_DATA_BYTE);
    //配置讀取長度
    PS_PL_RD_IP_mWriteReg(PS_PL_BASEADDR,PL_BRAM_LEN,len_input_data*BRAM_DATA_BYTE);
    //使能脈沖
    PS_PL_RD_IP_mWriteReg(PS_PL_BASEADDR,PL_BRAM_START,1);
    PS_PL_RD_IP_mWriteReg(PS_PL_BASEADDR,PL_BRAM_START,0);
    for(i = START_ADDR*BRAM_DATA_BYTE;i<(START_ADDR + len_input_data)*BRAM_DATA_BYTE;i+=BRAM_DATA_BYTE)
    {
      printf("bram address : %d ,read data : %c
",i/BRAM_DATA_BYTE,PS_PL_RD_IP_mReadReg(XPAR_BRAM_0_BASEADDR,i));
    }
  }
}

部分代碼講解

本次工程比較簡單，在while循環中實現了對串口輸入的存儲和顯示打印。

運行效果

ila抓取數據

通過ILA抓取的讀取數據和發送寫入的數據一致。

審核編輯 ：李倩