AG32 MCU中CPLD使用基础（二）
目录
一、mcu与cpld的交互
1. mcu传递信号给cpld；
2. cpld传递信号给mcu；
3. mcu从cpld里读写数据；
二、 mcu与cpld的apb数据交互
三、 ADC样例与UartTx样例
四、 dma在cpld中的使用
五、 cpld中使用ram
六、 一些小技巧：如何定义信号量数组
一、MCU与CPLD交互
cpld工程创建及编译的操作流程，参考文档《AG32下fpga和cpld的使用入门》
在工程中，用户逻辑部分编写是从analog_ip.v的接口下开始的。
mcu和cpld之间的交互，可以分为：
1. mcu传递信号给cpld；（如mcu的gpio传递高低信号到cpld）
2. cpld传递信号给mcu；（如：对mcu产生中断信号）
3. mcu读写数据到cpld；
4. 不建议，cpld做为主设备对mcu写。
也就是说，在mcu和cpld交互中，cpld更像一个外设。
其中，前两种较为简单。后两种要使用AHB总线来操作。
下边针对四种情况分别说明：
1. mcu传递信号给cpld；
这种使用较简单。步骤如下：
在ve中定义信号：
GPIO4_1 iocvt_chn:OUTPUT
表示，用mcu的gpio（gpio4_1）来输入信号到cpld。
然后，prepare LOGIC工程后，可以看到analog_ip.v接口中的信号：
input iocvt_chn_out_data,
input iocvt_chn_out_en,
这里的iocvt_chn_out_data，就是对接到mcu的gpio4_1的信号。
当控制mcu的gpio4_1高低切换时，cpld中的iocvt_chn_out_data,会对应来变化。
具体样例，可以参考网盘“logic样例\3.mcu信号到cpld到pin”的样例，该样例中，展示了mcu控制cpld继续控制led的过程。
除了gpio信号输出到cpld，其他比如pwm输出信号等，都可以输入到 cpld。
2. cpld传递信号给mcu；
这种方式和1相近，只不过是反向。
可以在mcu中定义gpio4_2为输入并使能中断，则cpld中设置信号高低时，将触发mcu 的中断。
在VE中定义信号：
GPIO4_2 iocvt_chn:INPUT
表示，用mcu的gpio（gpio4_2）信号来源于cpld的iocvt_chn。
然后，prepare LOGIC工程后,可以看到analog_ip.v接口中的信号：
output iocvt_chn_in_data,
这里的iocvt_chn_in_data，就是对接到mcu的gpio4_2的信号。
当cpld中控制iocvt_chn_in_data信号高低时，mcu中的gpio4_2对应变化。
这里不再举例。
3. mcu读写数据到cpld；
在地址设计中，cpld的地址区间是：
0x60000000 ~ 0x7FFFFFFF
当mcu对这个区间内的地址访问时，相当于访问了cpld的“寄存器”。
mcu是全局寻址，对这个空间的访问和对ram（0x20000000 起）空间的访问是一样的方式，在C代码中，可以这样写：
读cpld：int cpRdReg = *((int *)0x60000000);
写cpld：*((int *)0x60000004) = cpWtReg;
MCU端读写cpld较为简单，直接通过上述语句就可以了。
当mcu读写动作发生时，cpld端是如何反应的？
当上述mcu读写动作发生时，AHB总线会把动作拆解为读写信号，传递到analog_ip.v的接口，用户cpld程序需要响应该信号。
以下，以写动作 *((int *)0x60000004) = cpWtReg 为例，描述 cpld端会发生的事情。
回顾下analog_ip.v中的接口部分：
其中slave_ahb_开头的一组信号，是cpld作为主端时用的，暂时不用理会。
Mem_ahb_开头的一组信号，是cpld作为从端使用的。
当mcu有读写操作时，mem_ahb_这组信号将发生变化。
这部分是遵循标准的AHB总线协议的。如果对AHB总线印象不深，请自行百度。可参考的讲解：
https://blog.csdn.net/weixin_46022434/article/details/104987905
几个信号的概述（更详细的讲解请自行百度）：
Ahb_htrans:当前传输类型（00:IDLE、01:BUSY、10:NONSEQ、11:SEQ）
Ahb_ready：mcu读时要mcu要准备好cpld才会写
Ahb_hwrite: 要读还是要写（1为写，0为读）
Ahb_haddr[32]: 要操作的地址
Ahb_hsize：transfer的大小，以字节为单位
Ahb_hburst：批量传输
Ahb_hwdata[32]：写的数据，32位
Ahb_hreadyout：输出信号，mcu写时cpld是否准备好
Ahb_hresp：输出信号，响应信号（OK、retry、error、split）
Ahb_hrdata[32]：读的数据，32位
根据AHB时序，在一次传输中，cpld（ slave 端）会先拿到 addr 地址，读或写的标记，然后交互 ready 信号后，开始数据传输。
大致如下图（无等待类型的图）：
比如，mcu要读0x60000004的寄存器：
mcu端直接C语言这样调用：
int cpRdReg = *((int *)0x60000004);
cpld端，可以根据以上信号做如下处理：
以上代码，加入到analog_ip.v的module下，就可以完成cpld对 mcu读动作的响应。
比如，mcu要写0x60000000的寄存器：
mcu端直接C语言这样调用：
*((int *)0x60000000) = value;
cpld端，可以根据以上信号做如下处理：
这部分的实例代码，请参考网盘上cpld样例工程《5.mcu读写cpld 寄存器》。
注意：这里展示的，仅仅是基于AHB总线上的数据交互。
在实际应用中，比如要实现一个串口之类的，往往是慢速设备，这些是要挂载到apb上的。慢速设备要经过ahb到apb的bridge，才能最终使用。请继续往下看。
二、MCU与cpld的apb数据交互
上节讲述了 mcu 和 cpld 之间交互数据的实现方式。
但数据是在 ahb 层面的响应，慢速设备不能直接使用。
慢速设备需要 ahb 转为 apb 后，使用 apb 的信号来交互。这种情况，转变为mcu和apb之间的交互。
mcu和apb之间的交互，相比mcu和aph之间的交互，多了一层 ahb到apb的转换。这个转换是借助于ahb2apb.v模块来实现的（在 example/analog下找该.v文件）。
该模块：输入是ahb的一组信号，输出是apb的一组信号。使用如下图：
如果实现mcu和apb的交互，则需要操作的是转换后的这组apb信号。
关于 apb 总线的使用，更多信息请自行百度。
这里只是简述下apb信号列表（与ahb略有不同）：
apb_psel：片选
apb_penable：表示传输进入第二周期（准备好了读/写）
apb_pwrite：传输方向（1-写；0-读）
apb_paddr[32]：地址总线，要操作的地址
apb_pwdata[32]：写的数据，32 位
apb_prdata[32]：读的数据，32 位
以下展示在apb下如何实现跟mcu的交互，仍以ahb的两个寄存器为例。
1. 首先需要增加 ahb 转 apb 的信号关联；
如上图。
Ahb2apb模块会把ahb信号转换为apb信号。接下来操作apb信号即可。
2. 在转换后的apb信号中，实现写和读的操作。
mcu 读操作时：
比如，mcu要读0x60000004的寄存器：
mcu 端直接 C 语言这样调用：
int cpRdReg = *((int *)0x60000004);
cpld 端，可以根据以上信号做如下处理：
mcu 写操作时：
比如，mcu要写0x60000000的寄存器：
mcu 端直接 C 语言这样调用：
*((int *)0x60000000) = value;
cpld 端，可以根据以上信号做如下处理：
这个功能实现后，其实是个简单的“空外设”。可以用它做为实现复杂功能外设的基础。这部分的实例代码，请参考网盘上 cpld 样例工程《5.mcu 读写 cpld 寄存器》。
样例展示到这里，mcu和cpld的交互上：交互信号、跟ahb交互数据、跟apb交互数据，基本的交互通路已经建立。
接下来，用户根据自己的需求，在 cpld 中交互到数据后，编写自己需要的功能即可。
三、ADC样例与UartTx样例
这里借助ADC样例和UartTx 样例，展示下更多的使用方法。
ADC和UartTx，都是接到apb的。
功能方面，都包括：设置寄存器，读取寄存器。
ADC 样例：
SDK 安装后的example/analog工程，展示了ADC模块做为外设，与 mcu 之间的数据交互（ADC 采集后的数据，被mcu读取）。
这里的ADC模块，在cpld里做的工作，是把串行数据转换成并行数据。
因为 AG32 芯 片中集成的 ADC 硬核是串行数据输出的，而 mcu 访问数据都是并行的。为了实现mcu端访问数据的统一，这里增加了ADC 的 cpld 代码，实现该串行转并行的功能。
相当于：ADC硬核+ADC的cpld逻辑，实现了一个完整的“ADC 外设”。
ADC的用户cpld代码，都是在 analog_ip.v中实现的。
直接以analog_ip.v中的实现来说明：
1. 在analog_ip的接口下边，首先是ahb2apb的信号转换。
转换后，后续的ADC/DAC/CMP，都是以 apb 信号线来操作。
2. 定义出信号线数组，用于连接实例化的6个对象：3个ADC/2个DAC/1个CMP；
这个里边，wire [PER_CNT-1:0] select 是定义片选，注意它的取位，这里取值后的数组，分别对应到
’h000，’h1000，’h2000，’h3000，’h4000，’h5000。
其他数组，都分别对应 6 个实例化以后的连线。
3. 然后用 for 循环 genarate 实例化 ADC/DAC/CMP；
包含 3 个 ADC，2 个 DAC，1 个 CMP。
实例化时，连线都对应到上边定义的数组中去了。
4. 接下来的 pr_select，是记录当前片选是哪个。
索引值：0 ADC0；1 ADC1；2 ADC2；3 DAC0；4 DAC1；5 CMP
5. 接下来的 apb_prdata，
6. 再接下来，就是 3 个模块 ADC/DAC/CMP 各自的实现了。
具体内容不再解析。
注意几个点：
A. mcu中设置寄存器时，都是值下来后，在ADC/DAC/CMP中缓存到reg中；
如：0x60005004是CMP的CHANNAL寄存器，mcu对这里寄存器设置值时，
最终cpld里执行：
B. mcu中要获取的值，也类似传递。
UartTx 样例：
这个样例比ADC样例简单些。
这个样例中，实现一个串口功能（只有TX功能，固定为115200频率）。
对mcu来说，它也是cpld实现的一个“外设”。
它的 cpld 实现逻辑，跟上边的ADC样例思路是相同的，都是先 ahb 转 apb，然后实例化外设，mcu 写数据时 apb 接收后处理，mcu 读数据时 apb 触发后处理。
读的时候，是读的串口的 state 状态；
写的时候，会把写的数据继续丢给 uart 模块处理（转化为 IO 的高低波形输出）
mcu 端，在 while(1)里边：
查询 cpld的写状态，当状态合适时，发数据给 cpld，cpld 根据时序转换为波形输出到定义的PIN。
更多细节，请参考 cpld 工程中的代码和注释。
该工程位于网盘上“logic样例/6.UartTx 例程”。
四、DMA在CPLD中的使用
CPLD中实现DMA的逻辑：
1. MCU为 master，cpld为slave，mcu对cpld的交互方式为存取寄存器的方式；
2. mcu中配置好DMA（读取 cpld 中准备好的数据）；
3. cpld中准备好数据后，触发dma信号，dma自动搬运到mcu指定的 ram；
4. 搬运一次后，dma给cpld一个clear信号，完成一次dma搬运；
5. 等到cpld中再次准备好数据，将再次触发dma信号，重复3和4；
对于cpld来说，mcu来读取数据和dma来读取数据，是一致的。
dma来读取时，只是每次读完后会多给cpld一个clear信号。
更多细节，请参考网盘上《7.cpld 中配合实现 mcu 的 dma 读取》部分的样例。
在这个样例中，展示了两部分代码：
1. mcu中，配置dma读取；为了测试，mcu会在另一地址给cpld写数据；
2. cpld中，会对mcu写进来的数据缓存，缓存后触发dma的信号，让dma来读取数据。而dma从cpld里读取数据后会给cpld一个clear 信号，标志一次 dma 交互完成。
五、CPLD中使用ram
cpld本身有自带的ram，为4个M9K块，每个M9K大小为8192 bits。
(即：4个M9K 总空间为4Kbytes）
更详细信息，请参考《AGRV2K_Rev2.0.pdf》中的说明。
除了cpld自带的内存，cpld还可以使用mcu的内存sram。
AG32整个芯片系列，内存sram大小都是128K。
如果mcu用不了128K，希望分一些给cpld来用，比如，分出来32K给 cpld。可以按照如下方式设置：
1. 限制mcu的使用，让mcu只使用前96K；
限制mcu对ram的使用，需要修改ld配置（分散加载相关）来实现。
在路径：AgRV_pio\packages\framework-agrv_sdk\misc\devices下，在文件AgRV2K_mem.ld中可以看到定义如图：
如果只用96K，则修改上边的SRAM_SIZE=96K即可。
修改文件并保存后，需要重启VSCODE工程，让设置项使能。
2. cpld中对后32K的使用；
cpld 使用后 32K，起始地址是从 0x20000000 + 96K 的地址开始。
即：从 0x20018000开始，长度32K，到 0x20020000 结束。
cpld 中对于 sram 的寻址方式和 mcu 相同。
cpld对sram的读写，请参考：
SDK 下的 examples\custom_ip\logic\ram2ahb.v 和 ahb2ram.v
六、小技巧
如何定义信号量数组：如果cpld里想用信号量数组，并使每个元素对应到不同PIN，可以在 ve 里定义如下：
mcu_a[0] PIN_31
mcu_a[1] PIN_32
mcu_a[2] PIN_33
mcu_a[3] PIN_34
...
如图：
那么，prepar LOGIC后，将在自动生成的cpld框架.v接口里，表示如下：
这里就表现为数组的形式了。
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