[DE2i-150] 重建PCIe_Fundmental範例說明

以下資料的整理主要是做備忘錄，避免以後忘了，順便留給需要的人。

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本文主要是參考友晶科技的DE2i-150光碟裡面的PCie_Fundmental範例，再重新打造一個新的範例程式。

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 // Copyright (c) 2012 by Terasic Technologies Inc.
 // Copyright (c) 2013 by TKU ICLAB.
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 //Date:  Wed Jun 27 19:19:53 2012
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 // Revision History :
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 //   Ver  :| Author            :| Mod. Date   :| Changes Made:
 //   V1.0 :| Shih-An Li        :| 10/10/2013  :| Initial Revision, add SW14
 //                                               to control 7-seg lights
 // --------------------------------------------------------------------
 
 `define ENABLE_PCIE
 module de2i_pci_top(
 
                             ///////////CLOCK2/////////////
                             iCLOCK2_50,
 
                             /////////CLOCK3/////////
                             iCLOCK3_50,
 
                             /////////CLOCK/////////
                             iCLOCK_50,
 
                             /////////DRAM/////////
                             oDRAM_ADDR,
                             oDRAM_BA,
                             oDRAM_CAS_N,
                             oDRAM_CKE,
                             oDRAM_CLK,
                             oDRAM_CS_N,
                             DRAM_DQ,
                             oDRAM_DQM,
                             oDRAM_RAS_N,
                             oDRAM_WE_N,
 
                             /////////EEP/////////
                             oEEP_I2C_SCLK,
                             EEP_I2C_SDAT,
 
                             /////////ENET/////////
                             oENET_GTX_CLK,
                             iENET_INT_N,
                             iENET_LINK100,
                             oENET_MDC,
                             ENET_MDIO,
                             oENET_RST_N,
                             iENET_RX_CLK,
                             iENET_RX_COL,
                             iENET_RX_CRS,
                             iENET_RX_DATA,
                             iENET_RX_DV,
                             iENET_RX_ER,
                             iENET_TX_CLK,
                             oENET_TX_DATA,
                             oENET_TX_EN,
                             oENET_TX_ER,   
 
                             /////////FAN/////////
                             FAN_CTRL,
 
                             /////////FL/////////
                             oFL_CE_N,
                             oFL_OE_N,
                             iFL_RY,
                             oFL_WE_N,
                             oFL_WP_N,
                             oFL_RESET_N,
                             /////////FS/////////
                             FS_DQ,
                             oFS_ADDR,
                             /////////GPIO/////////
                             GPIO,
 
                             /////////G/////////
                             iG_SENSOR_INT1,
                             oG_SENSOR_SCLK,
                             G_SENSOR_SDAT,
 
                             /////////HEX/////////
                             oHEX0,
                             oHEX1,
                             oHEX2,
                             oHEX3,
                             oHEX4,
                             oHEX5,
                             oHEX6,
                             oHEX7,
 
                             /////////HSMC/////////
                             iHSMC_CLKIN0,
                             iHSMC_CLKIN_N1,
                             iHSMC_CLKIN_N2,
                             iHSMC_CLKIN_P1,
                             iHSMC_CLKIN_P2,
                             oHSMC_CLKOUT0,
                             HSMC_CLKOUT_N1,
                             HSMC_CLKOUT_N2,
                             HSMC_CLKOUT_P1,
                             HSMC_CLKOUT_P2,
                             HSMC_D,
                             oHSMC_I2C_SCLK,
                             HSMC_I2C_SDAT,
                             HSMC_RX_D_N,
                             HSMC_RX_D_P,
                             HSMC_TX_D_N,
                             HSMC_TX_D_P,
 
                             /////////I2C/////////
                             oI2C_SCLK,
                             I2C_SDAT,
 
                             /////////IRDA/////////
                             iIRDA_RXD,
 
                             /////////KEY/////////
                             iKEY,
 
                             /////////LCD/////////
                             LCD_DATA,
                             oLCD_EN,
                             oLCD_ON,
                             oLCD_RS,
                             oLCD_RW,
 
                             /////////LEDG/////////
                             oLEDG,
 
                             /////////LEDR/////////
                             oLEDR,
 
                             /////////PCIE/////////
 `ifdef ENABLE_PCIE
 
                             iPCIE_PERST_N,
                             iPCIE_REFCLK_P,
                             iPCIE_RX_P,
                             oPCIE_TX_P,
                             oPCIE_WAKE_N,
 `endif
                             /////////SD/////////
                             oSD_CLK,
                             SD_CMD,
                             SD_DAT,
                             iSD_WP_N,
 
                             /////////SMA/////////
                             iSMA_CLKIN,
                             oSMA_CLKOUT,
 
                             /////////SSRAM/////////
                             oSSRAM_ADSC_N,
                             oSSRAM_ADSP_N,
                             oSSRAM_ADV_N,
                             oSSRAM_BE,
                             oSSRAM_CLK,
                             oSSRAM_GW_N,
                             oSSRAM_OE_N,
                             oSSRAM_WE_N,
                             oSSRAM0_CE_N,
                             oSSRAM1_CE_N,
                             /////////SW/////////
                             iSW,
 
                             /////////TD/////////
                             iTD_CLK27,
                             iTD_DATA,
                             iTD_HS,
                             oTD_RESET_N,
                             iTD_VS,
 
                             /////////UART/////////
                             iUART_CTS,
                             oUART_RTS,
                             iUART_RXD,
                             oUART_TXD,
 
                             /////////VGA/////////
                             oVGA_B,
                             oVGA_BLANK_N,
                             oVGA_CLK,
                             oVGA_G,
                             oVGA_HS,
                             oVGA_R,
                             oVGA_SYNC_N,
                             oVGA_VS,
 );
 
 //=======================================================
 //  PORT declarations
 //=======================================================
 
                             ///////////CLOCK2/////////////
 
 input                                              iCLOCK2_50;
 
 ///////// CLOCK3 /////////
 input                                              iCLOCK3_50;
 
 ///////// CLOCK /////////
 input                                              iCLOCK_50;
 
 ///////// DRAM /////////
 output                        [:]               oDRAM_ADDR;
 output                        [:]                oDRAM_BA;
 output                                             oDRAM_CAS_N;
 output                                             oDRAM_CKE;
 output                                             oDRAM_CLK;
 output                                             oDRAM_CS_N;
 inout                         [:]               DRAM_DQ;
 output                        [:]                oDRAM_DQM;
 output                                             oDRAM_RAS_N;
 output                                             oDRAM_WE_N;
 
 ///////// EEP /////////
 output                                             oEEP_I2C_SCLK;
 inout                                              EEP_I2C_SDAT;
 
 ///////// ENET /////////
 output                                             oENET_GTX_CLK;
 input                                              iENET_INT_N;
 input                                              iENET_LINK100;
 output                                             oENET_MDC;
 inout                                              ENET_MDIO;
 output                                             oENET_RST_N;
 input                                              iENET_RX_CLK;
 input                                              iENET_RX_COL;
 input                                              iENET_RX_CRS;
 input                         [:]                iENET_RX_DATA;
 input                                              iENET_RX_DV;
 input                                              iENET_RX_ER;
 input                                              iENET_TX_CLK;
 output                        [:]                oENET_TX_DATA;
 output                                             oENET_TX_EN;
 output                                             oENET_TX_ER;
 
 ///////// FAN /////////
 inout                                              FAN_CTRL;
 
 ///////// FL /////////
 output                                             oFL_CE_N;
 output                                             oFL_OE_N;
 input                                              iFL_RY;
 output                                             oFL_WE_N;
 output                                             oFL_WP_N;
 output                                             oFL_RESET_N;
 ///////// FS /////////
 inout                         [:]               FS_DQ;
 output                        [:]               oFS_ADDR;
 ///////// GPIO /////////
 inout                         [:]               GPIO;
 
 ///////// G /////////
 input                                              iG_SENSOR_INT1;
 output                                             oG_SENSOR_SCLK;
 inout                                              G_SENSOR_SDAT;
 
 ///////// HEX /////////
 output                        [:]                oHEX0;
 output                        [:]                oHEX1;
 output                        [:]                oHEX2;
 output                        [:]                oHEX3;
 output                        [:]                oHEX4;
 output                        [:]                oHEX5;
 output                        [:]                oHEX6;
 output                        [:]                oHEX7;
 
 ///////// HSMC /////////
 input                                              iHSMC_CLKIN0;
 input                                              iHSMC_CLKIN_N1;
 input                                              iHSMC_CLKIN_N2;
 input                                              iHSMC_CLKIN_P1;
 input                                              iHSMC_CLKIN_P2;
 output                                             oHSMC_CLKOUT0;
 inout                                              HSMC_CLKOUT_N1;
 inout                                              HSMC_CLKOUT_N2;
 inout                                              HSMC_CLKOUT_P1;
 inout                                              HSMC_CLKOUT_P2;
 inout                         [:]                HSMC_D;
 output                                             oHSMC_I2C_SCLK;
 inout                                              HSMC_I2C_SDAT;
 inout                         [:]               HSMC_RX_D_N;
 inout                         [:]               HSMC_RX_D_P;
 inout                         [:]               HSMC_TX_D_N;
 inout                         [:]               HSMC_TX_D_P;
 
 ///////// I2C /////////
 output                                             oI2C_SCLK;
 inout                                              I2C_SDAT;
 
 ///////// IRDA /////////
 input                                              iIRDA_RXD;
 
 ///////// KEY /////////
 input                         [:]                iKEY;
 
 ///////// LCD /////////
 inout                         [:]                LCD_DATA;
 output                                             oLCD_EN;
 output                                             oLCD_ON;
 output                                             oLCD_RS;
 output                                             oLCD_RW;
 
 ///////// LEDG /////////
 output                        [:]                oLEDG;
 
 ///////// LEDR /////////
 output                        [:]               oLEDR;
 
 ///////// PCIE /////////
 `ifdef ENABLE_PCIE
 input                                              iPCIE_PERST_N;
 input                                              iPCIE_REFCLK_P;
 input                         [:]                iPCIE_RX_P;
 output                        [:]                oPCIE_TX_P;
 output                                             oPCIE_WAKE_N;
 `endif
 ///////// SD /////////
 output                                             oSD_CLK;
 inout                                              SD_CMD;
 inout                         [:]                SD_DAT;
 input                                              iSD_WP_N;
 
 ///////// SMA /////////
 input                                              iSMA_CLKIN;
 output                                             oSMA_CLKOUT;
 
 ///////// SSRAM /////////
 output                                             oSSRAM_ADSC_N;
 output                                             oSSRAM_ADSP_N;
 output                                             oSSRAM_ADV_N;
 output                         [:]               oSSRAM_BE;
 output                                             oSSRAM_CLK;
 output                                             oSSRAM_GW_N;
 output                                             oSSRAM_OE_N;
 output                                             oSSRAM_WE_N;
 output                                             oSSRAM0_CE_N;
 output                                             oSSRAM1_CE_N;
 
 ///////// SW /////////
 input                         [:]               iSW;
 
 ///////// TD /////////
 input                                              iTD_CLK27;
 input                         [:]                iTD_DATA;
 input                                              iTD_HS;
 output                                             oTD_RESET_N;
 input                                              iTD_VS;
 
 ///////// UART /////////
 input                                              iUART_CTS;
 output                                             oUART_RTS;
 input                                              iUART_RXD;
 output                                             oUART_TXD;
 
 ///////// VGA /////////
 output                        [:]                oVGA_B;
 output                                             oVGA_BLANK_N;
 output                                             oVGA_CLK;
 output                        [:]                oVGA_G;
 output                                             oVGA_HS;
 output                        [:]                oVGA_R;
 output                                             oVGA_SYNC_N;
 output                                             oVGA_VS;
 
 //=======================================================
 //  REG/WIRE declarations
 //=======================================================
 
 wire [:] hexbus;
 wire [:] inbus;
 
 //=======================================================
 //  Structural coding
 //=======================================================
 
     pcihellocore u0 (
         .clk_clk(iCLOCK_50),
         .reset_reset_n(iKEY[]),
         .pcie_ip_rx_in_rx_datain_0       (iPCIE_RX_P[]),       //     pcie_hard_ip_0_rx_in.rx_datain_0
         .pcie_ip_rx_in_rx_datain_1       (iPCIE_RX_P[]),
         .pcie_ip_tx_out_tx_dataout_0     (oPCIE_TX_P[]),     //    pcie_hard_ip_0_tx_out.tx_dataout_0
         .pcie_ip_tx_out_tx_dataout_1     (oPCIE_TX_P[]),
 //        .pcie_hard_ip_0_powerdown_pll_powerdown (oPCIE_WAKE_N), // pcie_hard_ip_0_powerdown.pll_powerdown
 //        .pcie_hard_ip_0_powerdown_gxb_powerdown (oPCIE_WAKE_N), //                         .gxb_powerdown
         .pcie_ip_refclk_export           (iPCIE_REFCLK_P),           //    pcie_hard_ip_0_refclk.export
         .pcie_ip_pcie_rstn_export        (iPCIE_PERST_N),
 //        .hexport_external_connection_export     (hexbus),     // hexport_external_connection.export
 //        .inport_external_connection_export      (inbus),       //  inport_external_connection.export
         .led_external_connection_export(oLEDG),
         .button_external_connection_export(iKEY)
     );
 
 assign  oPCIE_WAKE_N = 'b1;  // for ubuntu poweroff instruction using,  if set to 0, the poweroff cant be used
 
 //////////// FAN Control //////////
 //assign FAN_CTRL = 1'b1; // turn on FAN
 //iSW close the 7-segment led, add by 2013/10/10
 assign oHEX0 = (iSW[])? hexbus[ : ] : 'h7f;
 assign oHEX1 = (iSW[])? hexbus[: ] : 'h7f;
 assign oHEX2 = (iSW[])? hexbus[:] : 'h7f;
 assign oHEX3 = (iSW[])? hexbus[:] : 'h7f;
 assign oHEX4 = (iSW[])? hexbus[ : ] : 'h7f;
 assign oHEX5 = (iSW[])? hexbus[: ] : 'h7f;
 assign oHEX6 = (iSW[])? hexbus[:] : 'h7f;
 assign oHEX7 = (iSW[])? hexbus[:] : 'h7f;
 
 assign inbus = iSW[:];
 
 // Fan Control,
 wire [:] wDuty;
 assign wDuty = (iSW[:]=='b000) ? 8'd0 :
                (iSW[:]=='b001) ? 8'd10 :
                (iSW[:]=='b010) ? 8'd20 :
                (iSW[:]=='b011) ? 8'd30 :
                (iSW[:]=='b100) ? 8'd40 :
                (iSW[:]=='b101) ? 8'd50 :
                (iSW[:]=='b110) ? 8'd60 :  'd100 ;
 pwmgen pwm(
                   .iClk50M(iCLOCK_50),   // 50Mhz clock
                   .iRst_n('b1),   // reset, low active
                   .iDuty(wDuty),    // Range is 0~100
                   .oPWM(FAN_CTRL),
 //                  .oSampClk,
 //                  .oErrorValue
               );
 
               wire hb_50;
 heart_beat   heart_beat_clk50(
     .clk(iCLOCK_50),
     .led(oLEDR[])
 );
 
 endmodule

程式碼說明:

Line 384~399是Qsys模組的腳位連接。因為是選用PCIe Gen1 x2所以會用到兩個PCIe訊號。

Line 428~435是風扇控制程式，由於風扇太吵了，所以寫了一個PWM程式用SW[17:15]來控制風扇轉速。

=================================================================

以下來介紹Qsys系統的設定。

Fig.1 Qsys系統圖

其中pcie_ip模組的設定如Fig.2所示。

Fig.2 PCIe_ip模組設定

SGDMA模組設定如下：

Fig.3 SGDMA設定

接下來是Nios設定

Fig.4 Nios設定

LED模組設定

Fig.5 LED模組

Button模組設定:

Fig. 6 Button模組設定

FIFO_memory模組設定:

Fig.7 FIFO_memory模組設定

Onchip_memory模組設定:

Fig. 8 On_Chip Memory模組設定

設定完成後就可以按下generate產生Qsys系統。

Fig.9 Generate Qsys

經由以上設定後，Quartus硬體也都設定完成。

接下來就可以用Quartus 編譯 de2i_pci_top專案了。

等編譯完成後，按照下面步驟執行。

Step 1: 下載 de2i_pci_top.sof 檔至DE2i-150 的FPGA晶片內。

Step 2: 安裝PCIe_DriverInstall目錄下的驅動程式。(如果之前有裝過，就可以跳過)

Step 3: windwos重新開機，讓作業系統重新抓PCIe的新硬體。

Step 4: 執行專案目錄下的\windows_app_bcb6\output\app.exe

就可以按[0]控制LED，[1]讀取按鈕。

但是按[2]和[3]就會出現錯誤，這是由於FIFO跟onchip_memory內沒有資料，因此需要事先把FIFO與onchip_memory的初始檔放到

.\pcihellocore\synthesis\submodules 目錄下，本人已經把檔案放在附件的code中，有需要的人就去下載吧。

再重新編譯Qsys和Quartus專案後，執行步驟Step1~step4後就可以順利執行[2]和[3]功能了。

==================================================================================

以上是整個PCIe_Fundmental範例硬體檔的設定部分，下次再來研究講解VC程式部分，PC如何跟FPGA用PCIe做溝通。

附件下載URL: http://files.cnblogs.com/files/lishyhan/PCIe_Fundmental.zip

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