FPGA——流水灯（一）

　　对于FPGA的结构原理，先不进行全面的了解，先能根据教程程序看得懂，写得出来跑起来。慢慢的了解程序运行的原理，各种语法的使用。

　　今天对流水的程序有一个认识，熟悉软件的使用，语法规则，原理。以正点原子的例程为例，代码如下

 // Created by:          正点原子

 module flow_led(
     input               sys_clk  ,  //系统时钟
     input               sys_rst_n,  //系统复位，低电平有效

     output  reg  [:]  led         //4个LED灯
     );

 //reg define
 reg [:] counter;

   //                main code
 //计数器对系统时钟计数，计时0.2秒
 always @(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n) begin
     if (!sys_rst_n)
         counter <= 'd0;
     else if (counter < 'd1000_0000)
         counter <= counter + 'b1;
     else
         counter <= 'd0;
 end

 //通过移位寄存器控制IO口的高低电平，从而改变LED的显示状态
 always @(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n) begin
     if (!sys_rst_n)
         led <= 'b0001;
     else if(counter == 'd1000_0000)
         led[:] <= {led[:],led[]};
     else
         led <= led;
 end

 endmodule 

　　这个代码的功能是点亮流水灯。代码的内容是：用一个定时器计时，到了0.2s就自动清零，否则自动+1计数。另一方面，判断是否到了0.2s，到了就换另一个led亮。程序写好后，烧写在芯片里，会形成这样的电路，功能是并行的。不像是stm32需要用C语言写代码，生成指令，cpu取指执行。FPGA会快一些。

　　代码的整体结构，头和尾有 module 和 endmodule 这是模块的开始和结束。如果工程中有其他的功能代码，写在一个.v文件，也会有这个 module 。就是一个功能或者一个模块卸载一个.v 文件，这样便于管理。

　　input                  sys_clk ,   可以理解为定义一个输入类型的变量。

　　output   reg [3:0]     led， 可以理解为，定义一个输出类型的变量，他占据了4个bit。

　　always @(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n) begin   可理解为，复位了或者有新的始终进来就做下面的代码。

　　led <= 4'b0001;    这个是赋值，和C语言有些不一样。

　　 4'b0001   是一个数，b：二进制表示，0001。 4' 是指这个数是4位的。

补充一下流水灯的形成  led[3:0] <= {led[2:0],led[3]};  意思是：4位循环右移。即，3位放到0位，210位放到321位。led初始化0001，用形象的描述如下：

位          3210

初始值   0001

第一次  0010

第二次  0100

第三次 1000

....................

高电平点亮。形成流水灯。

然后这个程序实现了点灯。但是有一点，他是怎么控制的引脚呢，led是接在引脚少了，这里面也没涉及到引脚啊。在下面这里：

通过这个图可以看到，我们在工程里面的变量，需要“绑定”引脚。使使之一一对应，举个例子led变量是4个bit的，把0 1 2 3 分别对应板子上led连接的引脚上，操作led就相当于操作引脚了。

　　几天重新研究了一下这个流水灯的例程，觉得主要部分代码还要再仔细的分析一下，时序代码部分：

 always @(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n) begin
     if (!sys_rst_n)
         counter <= 'd0;
     else if (counter < 'd1000_0000)
         counter <= counter + 'b1;
     else
         counter <= 'd0;
 end

　　其中关键字 always 是时序逻辑电路，在这个语句的下面，赋值的话用非阻塞赋值 “ <= ” ，非阻塞可以理解为：相互不干扰、不堵塞，是并行的。而阻塞赋值是串行的，相互之间有顺序干扰的，一个一个的。

　　第一行解释：如果有  sys_clk 时钟信号上升沿或者 sys_rst_n 下降沿的话，就开始执行下面的代码一直到 end 结束。

　　这是一个或的关系，两个条件满足一个即可。第一条 if 判断是时钟信号上升沿还是复位重启，如果是复位重启的话，就给 counter 计数器赋初值 0 。如果不是复位那就是时钟洗好上升沿，此时，是一个脉冲过来了，执行下一个（类似单片机的下一条指令），那么就看计数器是否达到最大，没达到的话，就 继续 +1 ，达到了最大的话，就置为0。以便于重新计数。

　　流水灯部分：

 always @(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n) begin
     if (!sys_rst_n)
         led <= 'b0001;
     else if(counter == 'd1000_0000)
         led[:] <= {led[:],led[]};
     else
         led <= led;
 end

　　这段代码看着和上一段时序部分非常像。主要功能是，实现流水灯，根据上面的时序部分“定时器”，克制外部晶振50MHz，周期是 20ns。0.2s流动一次的话，计数器就要计数到 10^7 个，从0 到10^7-1，就是 24'd1000_0000。在流水灯部分，判断计数器是否为24'd1000_0000 是的话就是到了0.2s。流动一次。

总结：

1.  掌握verilog的语法：

　　1.1 always 和 assign的区别

　　1.2 阻塞赋值和非阻塞赋值的区别

　　1.3 数据格式

　　1.4 程序代码的框架