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本文檔介紹了AG32開發中，MCU與CPLD交互的具體方式以及例子。如需了解AG32更多資料可發郵件：sales@agm-micro.com

一、MCU和CPLD直接交互

cpld工程創建及編譯的操作流程，參考文檔《AG32下fpga和cpld的使用入門》

在工程中，用戶邏輯部分編寫是從analog_ip.v的接口下開始的。

mcu和cpld之間的交互，可以分為：

1. mcu傳遞信號給cpld；（如mcu的gpio傳遞高低信號到cpld）

2. cpld傳遞信號給mcu；（如：對mcu產生中斷信號）

3. mcu讀寫數據到cpld；

4. 不建議，cpld做為主設備對mcu寫。

也就是說，在mcu和cpld交互中，cpld更像一個外設。

其中，前兩種較為簡單。后兩種要使用AHB總線來操作。

下邊針對四種情況分別說明：

1.?mcu傳遞信號給cpld；

這種使用較簡單。步驟如下：

在ve中定義信號：

GPIO4_1
iocvt_chn:OUTPUT

表示，用mcu的gpio（gpio4_1）來輸入信號到cpld。

然后，prepare LOGIC工程后，可以看到analog_ip.v接口中的信號：

input?????????????iocvt_chn_out_data,

input?????????????iocvt_chn_out_en,

這里的iocvt_chn_out_data，就是對接到mcu的gpio4_1的信號。

當控制mcu的gpio4_1高低切換時，cpld中的iocvt_chn_out_data，會對應來變化。

具體樣例，可以參考網盤“logic樣例3.mcu信號到cpld到pin”的樣例，該樣例中，展示了mcu控制cpld繼續控制led的過程。

除了gpio信號輸出到cpld，其他比如pwm輸出信號等，都可以輸入到cpld。

2.?cpld傳遞信號給mcu；

這種方式和1相近，只不過是反向。

可以在mcu中定義gpio4_2為輸入并使能中斷，則cpld中設置信號高低時，將觸發?mcu的中斷。

在VE中定義信號：

GPIO4_2
iocvt_chn:INPUT

表示，用mcu的gpio（gpio4_2）信號來源于cpld的iocvt_chn。

然后，prepare LOGIC工程后，可以看到analog_ip.v接口中的信號：

output?????????????iocvt_chn_in_data,

這里的iocvt_chn_in_data，就是對接到mcu的gpio4_2的信號。

當cpld中控制iocvt_chn_in_data信號高低時，mcu中的gpio4_2對應變化。

這里不再舉例。

3.?mcu讀寫數據到cpld；

在地址設計中，cpld的地址區間是：0x60000000 ~
0x7FFFFFFF

當mcu對這個區間內的地址訪問時，相當于訪問了cpld的“寄存器”。

mcu是全局尋址，對這個空間的訪問和對ram（0x20000000起）空間的訪問是一樣的方式，在C代碼中，可以這樣寫：

讀cpld：int cpRdReg = *((int *)0x60000000);

寫cpld：*((int *)0x60000004) = cpWtReg;

Mcu端讀寫cpld較為簡單，直接通過上述語句就可以了。

當mcu讀寫動作發生時，cpld端是如何反應的？

當上述mcu讀寫動作發生時，AHB總線會把動作拆解為讀寫信號，傳遞到analog_ip.v的接口，用戶cpld程序需要響應該信號。

以下，以寫動作 *((int *)0x60000004) = cpWtReg 為例，描述cpld端會發生的事情。

回顧下analog_ip.v中的接口部分：

其中slave_ahb_開頭的一組信號，是cpld作為主端時用的，暫時不用理會。

Mem_ahb_開頭的一組信號，是cpld作為從端使用的。

當mcu有讀寫操作時，mem_ahb_這組信號將發生變化。

這部分是遵循標準的AHB總線協議的。如果對AHB總線印象不深，請自行百度。

可參考的講解：

https://blog.csdn.net/weixin_46022434/article/details/104987905

幾個信號的概述（更詳細的講解請自行百度）：

Ahb_htrans: 當前傳輸類型（00: IDLE、01: BUSY、10: NONSEQ、11: SEQ）

Ahb_ready：mcu讀時要mcu要準備好cpld才會寫

Ahb_hwrite: 要讀還是要寫（1為寫，0為讀）

Ahb_haddr[32]: 要操作的地址

Ahb_hsize：transfer的大小，以字節為單位

Ahb_hburst：批量傳輸

Ahb_hwdata[32]：寫的數據，32位

Ahb_hreadyout：輸出信號，mcu寫時cpld是否準備好

Ahb_hresp：輸出信號，響應信號（OK、retry、error、split）

Ahb_hrdata[32]：讀的數據，32位

根據AHB時序，在一次傳輸中，cpld（slave端）會先拿到addr地址，讀或寫的標記，然后交互ready信號后，開始數據傳輸。

大致如下圖（無等待類型的圖）：

比如，mcu要讀0x60000004的寄存器：

mcu端直接C語言這樣調用：int cpRdReg = *((int
*)0x60000004);

cpld端，可以根據以上信號做如下處理：

----------------------------------------------

//mcu的讀操作響應

//mcu端用C語言：int value = *((int *)0x60000004);

reg [31:0] hrdata_reg; ?????? //定義32位的hrdata_reg

always @(posedge sys_clock) begin??????? //clk上升沿觸發

if (mem_ahb_htrans ==
2'b10 &&? ???????? //NONSEQ狀態，第一次傳輸

? mem_ahb_hready && ??????????????? ????????? //master已ready，可以給數據線寫入了

? !mem_ahb_hwrite &&??????? ???????? //讀（0?讀，1?寫）

? mem_ahb_haddr[23:0] == 'h04) ??????? //讀地址為0x60000004（cpld用相對偏移）

begin

hrdata_reg <=
hwdata_reg;????????????? //把另一準備好的數據給到hrdata_reg

end

end

assign mem_ahb_hrdata = hrdata_reg;//綁定hrdata_reg到讀的數據線上

-----------------------------------------------

以上代碼，加入到analog_ip.v的module下，就可以完成cpld對mcu讀動作的響應。

比如，mcu要寫0x60000000的寄存器：

mcu端直接C語言這樣調用：*((int *)0x60000000)
= value;

cpld端，可以根據以上信號做如下處理：

----------------------------------------------

//mcu的寫操作響應

//mcu端用C語言：*((int *)0x60000000) = value;

reg [31:0] hwdata_reg;?????? //定義32位的hwdata_reg

always @(posedge sys_clock) begin??????? //clk上升沿觸發

if (mem_ahb_htrans ==
2'b00 &&? ?????? //IDLE狀態

? mem_ahb_hreadyout && ????????? ???????? //cpld已ready狀態，ahb上數據可以寫過來

? mem_ahb_hwrite &&??????? ????????? //寫（0?讀，1?寫）

? mem_ahb_haddr[23:0] == 'h00) ??????? //寫地址為0x60000000（cpld用相對偏移）

begin

hwdata_reg <=
mem_ahb_hwdata;???????? //把收到的數據給到hwdata_reg

end

end

//這個過程，是把mcu寫進來的數據收到hwdata_reg中

-----------------------------------------------

這部分的實例代碼，請參考網盤上cpld樣例工程《5.mcu讀寫cpld寄存器》。

注意：這里展示的，僅僅是基于AHB總線上的數據交互。

在實際應用中，比如要實現一個串口之類的，往往是慢速設備，這些是要掛載到apb上的。慢速設備要經過ahb到apb的bridge，才能最終使用。請繼續往下看。

二、mcu通過ahb轉apb后的數據交互

上節講述了mcu和cpld之間交互數據的實現方式。

但數據是在ahb層面的響應，慢速設備不能直接使用。

慢速設備需要ahb轉為apb后，使用apb的信號來交互。這種情況，轉變為mcu和apb之間的交互。

mcu和apb之間的交互，相比mcu和aph之間的交互，多了一層ahb到apb的轉換。這個轉換是借助于ahb2apb.v模塊來實現的（在example/analog下找該.v文件）。

該模塊：輸入是ahb的一組信號，輸出是apb的一組信號。使用如下圖：

如果實現mcu和apb的交互，則需要操作的是轉換后的這組apb信號。

關于apb總線的使用，更多信息請自行百度。

這里只是簡述下apb信號列表（與ahb略有不同）：

apb_psel：片選

apb_penable：表示傳輸進入第二周期（準備好了讀/寫）

apb_pwrite：傳輸方向（1-寫；0-讀）

apb_paddr[32]：地址總線，要操作的地址

apb_pwdata[32]：寫的數據，32位

apb_prdata[32]：讀的數據，32位

以下展示在apb下如何實現跟mcu的交互，仍以ahb的兩個寄存器為例。

1. 首先需要增加ahb轉apb的信號關聯；

如上圖。

Ahb2apb模塊會把ahb信號轉換為apb信號。接下來操作apb信號即可。

2. 在轉換后的apb信號中，實現寫和讀的操作。

mcu讀操作時：

比如，mcu要讀0x60000004的寄存器：

mcu端直接C語言這樣調用：int cpRdReg = *((int
*)0x60000004);

cpld端，可以根據以上信號做如下處理：

----------------------------------------------

//mcu的讀操作響應

//mcu端用C語言：int value = *((int *)0x60000004);

reg [31:0] ardata_reg;?????? //定義32位的hrdata_reg

always @(posedge apb_clock) begin????? //clk上升沿觸發

if (!apb_pwrite
&&??????? ???????????????????? //讀?（0?讀，1?寫）

apb_penable
&&???????????????????????????????? //是否準備好

apb_paddr[11:0]
== ‘h04)??? //讀地址為0x60000004（cpld內部用相對偏移）

begin

ardata_reg <=
awdata_reg;????????????? //把另一準備好的數據給到hrdata_reg

end

end

assign apb_prdata = ardata_reg;//綁定hrdata_reg到讀的數據線上

-----------------------------------------------

mcu寫操作時：

比如，mcu要寫0x60000000的寄存器：

mcu端直接C語言這樣調用：*((int *)0x60000000)
= value;

cpld端，可以根據以上信號做如下處理：

----------------------------------------------

//mcu的寫操作響應

//mcu端用C語言：*((int *)0x60000000) = value;

reg [31:0] awdata_reg;?????? //定義32位的hwdata_reg

always @(posedge apb_clock) begin????? //clk上升沿觸發

if (apb_pwrite
&&??????? ????????????????????? //寫?（0?讀，1?寫）

apb_penable
&&???????????????????????????????? //是否準備好

apb_paddr[11:0]
== ‘h00)? //寫地址為0x60000000（cpld內部用相對偏移）

begin

awdata_reg <=
apb_pwdata;?????????? //把收到的數據給到hwdata_reg

end

end

//這個過程，是把mcu寫進來的數據收到hwdata_reg中

-----------------------------------------------

這個功能實現后，其實是個簡單的“空外設”。可以用它做為實現復雜功能外設的基礎。

這部分的實例代碼，請參考網盤上cpld樣例工程《5.mcu讀寫cpld寄存器》。

樣例展示到這里，mcu和cpld的交互上：交互信號、跟ahb交互數據、跟apb交互數據，基本的交互通路已經建立。

接下來，用戶根據自己的需求，在cpld中交互到數據后，編寫自己需要的功能即可。

三、DMA在CPLD中的使用

cpld中實現DMA的邏輯：

1. MCU為master，cpld為slave，mcu對cpld的交互方式為存取寄存器的方式；

2. mcu中配置好DMA（讀取cpld中準備好的數據）；

3. cpld中準備好數據后，觸發dma信號，dma自動搬運到mcu指定的ram；

4. 搬運一次后，dma給cpld一個clear信號，完成一次dma搬運；

5. 等到cpld中再次準備好數據，將再次觸發dma信號，重復3和4；

對于cpld來說，mcu來讀取數據和dma來讀取數據，是一致的。

dma來讀取時，只是每次讀完后會多給cpld一個clear信號。

更多細節，請參考網盤上《7.cpld中配合實現mcu的dma讀取》部分的樣例。

在這個樣例中，展示了兩部分代碼：

1. mcu中，配置dma讀取；為了測試，mcu會在另一地址給cpld寫數據；

2. cpld中，會對mcu寫進來的數據緩存，緩存后觸發dma的信號，讓dma來讀取數據。而dma從cpld里讀取數據后會給cpld一個clear信號，標志一次dma交互完成。