基于FPGA的乒乓球游戏参考设计

1、基于XILINX-FPGA的乒乓球游戏参考设计一、背景：Xilinx 大学计划（xilinx university plan简称XUP）一直致力于为工程课程提供新一代软件和硬件设计流程。全球数千所使用 Xilinx 系统进行教学和研究的大学都加入其中。自 1985 年成立之初，Xilinx 就一直与大学保持着密切联系，通过XUP计划，学术机构可以获取第三方供应商提供的最新开发工具和开发板。利用xilinx最新的 FPGA 技术可以让教育和研究实验室与世界保持同步。FPGA（Field Programmable Gate Array现场可编程门阵列）是在PAL、GAL、PLD 等器件的基础上进一

2、步发展的产物，是专用集成电路（ASIC）中集成度最高的一种。FPGA可以用VHDL或verilogHDL来编程，灵活性强，由于能够进行编程、除错、再编程和重复操作，因此可以充分地进行设计开发和验证。当电路有少量改动时，更能显示出FPGA的优势，其现场编程能力可以延长产品在市场上的寿命，而这种能力可以用来进行系统升级或除错。二、板卡描述：EXCD-1 是一款易于使用的开发板，它能够实现大量基于FPGA 的数字系统。开发板采用Xilinx Spartan 3E FPGA 器件，板上资源丰富，有2Mbytes 的Flash 和1Mbytes的快速SRAM，以及各种输入输出设备，可以方便的设计具有各种

3、功能的数字系统，也可设计含有Xilinx MicroBlaze 软核的嵌入式处理器系统。EXCD-1 开发板有5 个扩展接口，可灵活的扩展各种功能模块，如数模转换模块，模数转换模块，LCD 显示模块等。外设列表版载外设扩展外设LED显示灯8个LCD液晶模块1个拨动开关8个A/D模块1个低电平有效按钮8个D/A模块1个VGA端口1个温度模块1个PS2端口1个旋钮编码器模块1个RS232接口1个EEPROM1个4位七段数码管1个红外收发模块1个直流电机模块1个注：扩展外设是通过4个具备8 个IO 信号的12 脚扩展I/O 接口，分别为J5-EXPORT1、J6-EXPORT2、J7-EXPORT3

4、、J10-EXPORT5，每个接口1-8 号管脚与FPGA 的IO 引脚相连，另外四个管脚分别为DC +3.3V（VCC33D）与GND。其中J5-EXPORT1 受控于8 位DIP 开关JP2，J10-EXPORT5 受控于8 位DIP 开关JP1。三、培训资料（1）高教社提供：EXCD-1板卡和光碟2张（2）XILINX提供：EDK例程 1个（基于HEP板的VGA游戏）和相关技术资料四、参考设计传感器RS232A/D键盘FSLVGAMicroblaze七段译码器.LCD我们建议使用XPS（Xilinx Platform Studio）工具搭建基于XILINX-FPGA的SOC总线结构。如下

5、图所示：PLB在本参考设计中只包含mircoblaze通过FSL总线驱动VGA,在屏幕上显示一些基本元件.RS232用作创建的最小系统的检测。(结构见图中天蓝颜色部分).本参考设计的硬件实物参照图如下:基于FPGA的乒乓球游戏参考设计详细流程目 录Abstract1建立一个最小系统1.1 打开XPS创建系统1.2 生成测试文件2添加VGA/FSL外围设备2.1 创建VGA的P核2.2 安装VGA的模板核2.3 重新导入VGA的模板核2.4 连接VGA核到内核2.5 连接VGA核到外部引脚2.6 VGA核的约束2.7 实践3用C编制游戏程序3.1 添加软件工程3.2 设置1创建最小系统1.1 打

6、开XPS并创建一个系统1.2 生成测试文档.建立好工程后.点菜单Device Configuration选Update Bitstream,生成一个最终的bit文件.将HEP板子与下载器连接好,下载器连接电脑并安装驱动,将HEP板子的232口和电脑的232口连接.然后在设置超级终端.方法是”开始”->所有程序->附件->通讯->超级终端,将属性设置成 115200/8/无/1/无.设置完成后,将bit文件下载到HEP板卡上.在超级终端上你可以看到说明板卡一切正常.可以完成接下来的项目了.2添加VGA FSL外围设备2.1 建立VGA的P核在HARDWARE目录下，选择C

7、REATE OR IMPORT PERIPHERAL，然后按照以下步骤完成向导注意：CPU需要配置4道32位外围通道，因为在我们这个例程中要用到2个动态项目（一对32位的X和Y数据）FSL的外围配置已经完成了，接下来就是VGA模块。2.2 安装VGA的模板核拷贝我们给出的VHDL文件到你的工程目录下的pcoresvga_v1_00_ahdlvhdl目录。路径必须正确，在那个文件夹下会有一个VGA.vhd文件。最好花点时间把你拷贝的文件看懂。VGA.vhd文件是FSL总线的封装文件，它的作用是读取4个数据（2对XY）然后发送到外部显示编码器。VGA_TOP.VHD是显示编码器单元。其中包含了2个

8、元件：VGA_SYNC.VHD 和 VGA_BUFFER.VHD.2.3重新导入VGA的模板核用CREATE OR IMPORT PERIPHERAL选项重新将定义好的VGA FSL导入XPS这里选是vga.vhd必须作为第一个文件，否则你会出现错误提示。2.4 连接VGA核到内核添加FSL外设到你的内核进程中。在SYSTEMS ASSEMBLY VIEW中的BUS INTERFACES视窗中，右击MICROBLAZE_0 并选择选项Configure Coprocessor.然后按照以下步骤设置。2.5 连接VGA核到外部引脚这一步非常的重要，我们需要给VGA安排外部引脚（比如 RGB，HS

9、YNC 和 VSYNC）。在SYSTEMS ASSEMBLY VIEW的Ports视图中.展开 VGA_0 并且为3个相关引脚选择 MAKE EXTERNAL. 以下是部分相关截图。2.6 VGA核的约束（UCF）现在RGB, HSYNC 和VSYNC已经是外部引脚了，我们需要给让他们和FPGA的管脚相连。双击PLATFORM窗体下的UCF File: data/system.ucf。你设计中所有的约束都会显示出来，在文件的底部添加如下的代码。好了，现在关于这个简单小游戏的 硬件定义都已经完成了。选择“Device Configuration Menu”目录下的“Download Bitstr

10、eam”下载到板卡上 。将你的VGA显示端口接到你的FPGA板卡。如果你想看你的VGA外部的VHDL核的话，这些都在RESET区域。如果一切顺利，我想在你的屏幕上应该能看到以下图案。其中蓝色的线是我们定义的墙，左上角的绿色方块就是我们定义的元件之一，在绿色的方块下还有一个小球元件，只是被方块覆盖了，暂时看不到。2.7 实践修改VHDL核能够使小球可见。建议你修改VGA_BUFFER.VHD中的一些代码，不需要改变外围设备的引脚，也就是不需要重新导入。你只要改变了代码，在“Device Configuration Menu”目录下选“Download Bitstream”，就会自动重新编译你改动

11、过的VHD文件。3用C编制游戏程序3.1添加软件工程选中Applications 框体 中的 Software Projects 窗口，双击Add Software Application Project.，建立一个名称为vga.应用程序。在工程目录下建立一个vga_test的目录，然后将我们提供的vga_test.c , gpio_header.h, xgpio_tapp_example.c复制到该目录下。回到XPS，双击Sources添加vga_test目录下的所有C源程序。双击Headers添加vga_test目录所有头文件。然后右击Project: vga_test，选择Mark to Ini