如何使用Basys3板创建一个简单的示波器
该项目将大家一起使用basys3板创建一个简单的示波器，花费时间约4小时。
硬件组件
digilent basys 3
软件应用程序和在线服务
xilinx vivado 设计套件
xilinx vitis 统一软件平台
项目介绍
digilent basys3 板是一款功能强大的板，可用于开始开发 fpga 项目。它为用户提供了一个 artix 35t 设备、usb-uart、四个 pmod——包括一个为 xadc 配置的 pmod、12 位 vga 和开关、led 和七段显示器。
该项目旨在演示 basys3 板的功能，为此我们将创建一个简单的示波器，它可以使用 xdac pmod 输入通道和 vga 显示器来显示波形。
为此，我们将使用 microblaze 控制器来运行应用程序并控制 xadc 的测量，并确定在 vga 屏幕上绘制数据的位置。
vga 显示器将是 640 x 480，12 位 rgb 在软件内存中渲染需要 3、686、400 位。这超过了 fpga 中可用的 1、800、000 位 bram。处理器也无法以能够达到所需帧速率所需的速度运行。
我们将通过使用处理器来确定数据点图来解决这个问题，同时逻辑渲染帧以实时显示。为此，我们将使用我们首先创建的高级综合核心。
高级综合核心
开始时要重新创建一个 hls 核心，它可以在 vga 显示器中绘制多达 10 个样本（当然，您可以稍后更改）。hls 内核将生成一个 640 像素 x 480 行的 axi 流。为了更新每一帧的显示，将有定义样本数据位置的 sample_x / _y 寄存器、定义数据点大小的寄存器和定义数据点颜色的最终寄存器。
创建 hls 流需要使用 ap_fixed.h 和 hls_video.h 库进行简单定义。
我们将有一个 32 位像素，其中包括每个 rgb 的 8 位，还有一个用于混合的 8 位 alpha 通道。
hud.h 文件包括以下几行
#include hls_video.h
#include
#include string.h
#define width 32 //32 as alpha channel
typedef ap_uint pixel_type;
typedef hls::stream axis;
typedef ap_axiu video_stream;
void hud_gen(axis& op,
int row,
int column,
int plot_x_1,
int plot_y_1,
int plot_x_2,
int plot_y_2,
int plot_x_3,
int plot_y_3,
int plot_x_4,
int plot_y_4,
int plot_x_5,
int plot_y_5,
int plot_x_6,
int plot_y_6,
int plot_x_7,
int plot_y_7,
int plot_x_8,
int plot_y_8,
int plot_x_9,
int plot_y_9,
int plot_x_10,
int plot_y_10,
int plot_x_11,
int plot_y_11,
int plot_x_12,
int plot_y_12,
int plot_x_13,
int plot_y_13,
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int plot_y_14,
int plot_x_15,
int plot_y_15,
int plot_x_16,
int plot_y_16,
int plot_x_17,
int plot_y_17,
int plot_x_18,
int plot_y_18,
int plot_x_19,
int plot_y_19,
int plot_x_20,
int plot_y_20,
int plot_size,
uint32_t plot_colour ) ;
虽然代码的主体看起来像
#include hud.h
//#include char.h
void hud_gen(axis& op,
int row,
int column,
int plot_x_1,
int plot_y_1,
int plot_x_2,
int plot_y_2,
int plot_x_3,
int plot_y_3,
int plot_x_4,
int plot_y_4,
int plot_x_5,
int plot_y_5,
int plot_x_6,
int plot_y_6,
int plot_x_7,
int plot_y_7,
int plot_x_8,
int plot_y_8,
int plot_x_9,
int plot_y_9,
int plot_x_10,
int plot_y_10,
int plot_x_11,
int plot_y_11,
int plot_x_12,
int plot_y_12,
int plot_x_13,
int plot_y_13,
int plot_x_14,
int plot_y_14,
int plot_x_15,
int plot_y_15,
int plot_x_16,
int plot_y_16,
int plot_x_17,
int plot_y_17,
int plot_x_18,
int plot_y_18,
int plot_x_19,
int plot_y_19,
int plot_x_20,
int plot_y_20,
int plot_size,
uint32_t plot_colour ) {
#pragma hls interface s_axilite port=return
#pragma hls interface s_axilite port=plot_y_1
#pragma hls interface s_axilite port=plot_x_1
#pragma hls interface s_axilite port=plot_y_2
#pragma hls interface s_axilite port=plot_x_2
#pragma hls interface s_axilite port=plot_y_3
#pragma hls interface s_axilite port=plot_x_3
#pragma hls interface s_axilite port=plot_y_4
#pragma hls interface s_axilite port=plot_x_4
#pragma hls interface s_axilite port=plot_y_5
#pragma hls interface s_axilite port=plot_x_5
#pragma hls interface s_axilite port=plot_y_6
#pragma hls interface s_axilite port=plot_x_6
#pragma hls interface s_axilite port=plot_y_7
#pragma hls interface s_axilite port=plot_x_7
#pragma hls interface s_axilite port=plot_y_8
#pragma hls interface s_axilite port=plot_x_8
#pragma hls interface s_axilite port=plot_y_9
#pragma hls interface s_axilite port=plot_x_9
#pragma hls interface s_axilite port=plot_y_10
#pragma hls interface s_axilite port=plot_x_10
#pragma hls interface s_axilite port=plot_y_11
#pragma hls interface s_axilite port=plot_x_11
#pragma hls interface s_axilite port=plot_y_12
#pragma hls interface s_axilite port=plot_x_12
#pragma hls interface s_axilite port=plot_y_13
#pragma hls interface s_axilite port=plot_x_13
#pragma hls interface s_axilite port=plot_y_14
#pragma hls interface s_axilite port=plot_x_14
#pragma hls interface s_axilite port=plot_y_15
#pragma hls interface s_axilite port=plot_x_15
#pragma hls interface s_axilite port=plot_y_16
#pragma hls interface s_axilite port=plot_x_16
#pragma hls interface s_axilite port=plot_y_17
#pragma hls interface s_axilite port=plot_x_17
#pragma hls interface s_axilite port=plot_y_18
#pragma hls interface s_axilite port=plot_x_18
#pragma hls interface s_axilite port=plot_y_19
#pragma hls interface s_axilite port=plot_x_19
#pragma hls interface s_axilite port=plot_y_20
#pragma hls interface s_axilite port=plot_x_20
#pragma hls interface s_axilite port=column
#pragma hls interface s_axilite port=row
#pragma hls interface s_axilite port=plot_size
#pragma hls interface s_axilite port=plot_colour
#pragma hls interface axis register both port=op
int i = 0;
int y = 0;
int x = 0;
//int bar_pos_x = 10;
//int bar_width = 30;
video_stream hud_int;
row_loop:for (y =0; y column_loop:for (x =0; x = (plot_x_1 - plot_size)) & (x = (plot_y_1 - plot_size)) & (y = (plot_x_2 - plot_size)) & (x = (plot_y_2 - plot_size)) & (y = (plot_x_3 - plot_size)) & (x = (plot_y_3 - plot_size)) & (y = (plot_x_4 - plot_size)) & (x = (plot_y_4 - plot_size)) & (y = (plot_x_5 - plot_size)) & (x = (plot_y_5 - plot_size)) & (y = (plot_x_6 - plot_size)) & (x = (plot_y_6 - plot_size)) & (y = (plot_x_7 - plot_size)) & (x = (plot_y_7 - plot_size)) & (y = (plot_x_8 - plot_size)) & (x = (plot_y_8 - plot_size)) & (y = (plot_x_9 - plot_size)) & (x = (plot_y_9 - plot_size)) & (y = (plot_x_10 - plot_size)) & (x = (plot_y_10 - plot_size)) & (y = (plot_x_11 - plot_size)) & (x = (plot_y_11 - plot_size)) & (y = (plot_x_12 - plot_size)) & (x = (plot_y_12 - plot_size)) & (y = (plot_x_13 - plot_size)) & (x = (plot_y_13 - plot_size)) & (y = (plot_x_14 - plot_size)) & (x = (plot_y_14 - plot_size)) & (y = (plot_x_15 - plot_size)) & (x = (plot_y_15 - plot_size)) & (y = (plot_x_16 - plot_size)) & (x = (plot_y_16 - plot_size)) & (y = (plot_x_17 - plot_size)) & (x = (plot_y_17 - plot_size)) & (y = (plot_x_18 - plot_size)) & (x = (plot_y_18 - plot_size)) & (y = (plot_x_19 - plot_size)) & (x = (plot_y_19 - plot_size)) & (y = (plot_x_20 - plot_size)) & (x = (plot_y_20 - plot_size)) & (y = 0 & y = column-3 & y = 0 & x baseaddress);
xgpio_setdatadirection(&gpio,1,0xffffffff);
xgpio_setdatadirection(&gpio,2,0x00000000);
vtc_config = xvtc_lookupconfig(xpar_vtc_0_device_id);
xvtc_cfginitialize(&vtcinst, vtc_config, vtc_config->baseaddress);
video = vmode_640x480;
vtctiming.hactivevideo = video.width; /**< horizontal active video size */
vtctiming.hfrontporch = video.hps - video.width; /**< horizontal front porch size */
vtctiming.hsyncwidth = video.hpe - video.hps; /**< horizontal sync width */
vtctiming.hbackporch = video.hmax - video.hpe + 1; /**< horizontal back porch size */
vtctiming.hsyncpolarity = video.hpol; /**< horizontal sync polarity */
vtctiming.vactivevideo = video.height; /**< vertical active video size */
vtctiming.v0frontporch = video.vps - video.height; /**< vertical front porch size */
vtctiming.v0syncwidth = video.vpe - video.vps; /**< vertical sync width */
vtctiming.v0backporch = video.vmax - video.vpe + 1;; /**< horizontal back porch size */
vtctiming.v1frontporch = video.vps - video.height; /**< vertical front porch size */
vtctiming.v1syncwidth = video.vpe - video.vps; /**< vertical sync width */
vtctiming.v1backporch = video.vmax - video.vpe + 1;; /**baseaddress);
status = xv_tpg_isready(&tpg);
printf(tpg status %u \n\r, (unsigned int) status);
xv_tpg_set_height(&tpg, (u32) video.height);
xv_tpg_set_width(&tpg, (u32) video.width);
height = xv_tpg_get_height(&tpg);
width = xv_tpg_get_width(&tpg);
xv_tpg_set_colorformat(&tpg,xvidc_csf_rgb);
xv_tpg_set_maskid(&tpg, 0x0);
xv_tpg_set_motionspeed(&tpg, 0x4);
printf(info from tpg %u %u \n\r, (unsigned int)height, (unsigned int)width);
xv_tpg_set_bckgndid(&tpg,xtpg_bkgnd_solid_blue);//xtpg_bkgnd_color_bars); //);
status = xv_tpg_get_bckgndid(&tpg);
printf(status %x \n\r, (unsigned int) status);
xv_tpg_enableautorestart(&tpg);
xv_tpg_start(&tpg);
status = xv_tpg_isidle(&tpg);
printf(status %u \n\r, (unsigned int) status);
xhud_gen_set_plot_x_1(&xv_hud, 64);
xhud_gen_set_plot_y_1(&xv_hud, 441);
xhud_gen_set_plot_x_2(&xv_hud, 128);
xhud_gen_set_plot_y_2(&xv_hud, 458);
xhud_gen_set_plot_x_3(&xv_hud, 192);
xhud_gen_set_plot_y_3(&xv_hud, 273);
xhud_gen_set_plot_x_4(&xv_hud, 256);
xhud_gen_set_plot_y_4(&xv_hud, 58);
xhud_gen_set_plot_x_5(&xv_hud, 320);
xhud_gen_set_plot_y_5(&xv_hud, 9);
xhud_gen_set_plot_x_6(&xv_hud, 384);
xhud_gen_set_plot_y_6(&xv_hud, 172);
xhud_gen_set_plot_x_7(&xv_hud, 448);
xhud_gen_set_plot_y_7(&xv_hud, 397);
xhud_gen_set_plot_x_8(&xv_hud, 512);
xhud_gen_set_plot_y_8(&xv_hud, 477);
xhud_gen_set_plot_x_9(&xv_hud, 576);
xhud_gen_set_plot_y_9(&xv_hud, 338);
xhud_gen_set_plot_x_10(&xv_hud, 640);
xhud_gen_set_plot_y_10(&xv_hud, 109);
cleanup_platform();
return 0;
}
当输出时，这会提供一个漂亮的彩色显示，作为 vga 显示的基本范围。
另外，我们可以创建一个简单的项目来展示如何在vga输出上绘制点。
未来的改进方向可能如下：
添加标签和标记
添加光标以在屏幕上报告样本值
点之间的线绘制
当然，我们需要注意所需的逻辑资源，因为这个项目对设备资源的要求很高。
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硬件组件
digilent basys 3
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xilinx vitis 统一软件平台
项目介绍
digilent basys3 板是一款功能强大的板，可用于开始开发 fpga 项目。它为用户提供了一个 artix 35t 设备、usb-uart、四个 pmod——包括一个为 xadc 配置的 pmod、12 位 vga 和开关、led 和七段显示器。
该项目旨在演示 basys3 板的功能，为此我们将创建一个简单的示波器，它可以使用 xdac pmod 输入通道和 vga 显示器来显示波形。
为此，我们将使用 microblaze 控制器来运行应用程序并控制 xadc 的测量，并确定在 vga 屏幕上绘制数据的位置。
vga 显示器将是 640 x 480，12 位 rgb 在软件内存中渲染需要 3、686、400 位。这超过了 fpga 中可用的 1、800、000 位 bram。处理器也无法以能够达到所需帧速率所需的速度运行。
我们将通过使用处理器来确定数据点图来解决这个问题，同时逻辑渲染帧以实时显示。为此，我们将使用我们首先创建的高级综合核心。
高级综合核心
开始时要重新创建一个 hls 核心，它可以在 vga 显示器中绘制多达 10 个样本（当然，您可以稍后更改）。hls 内核将生成一个 640 像素 x 480 行的 axi 流。为了更新每一帧的显示，将有定义样本数据位置的 sample_x / _y 寄存器、定义数据点大小的寄存器和定义数据点颜色的最终寄存器。
创建 hls 流需要使用 ap_fixed.h 和 hls_video.h 库进行简单定义。
我们将有一个 32 位像素，其中包括每个 rgb 的 8 位，还有一个用于混合的 8 位 alpha 通道。
hud.h 文件包括以下几行
#include hls_video.h
#include
#include string.h
#define width 32 //32 as alpha channel
typedef ap_uint pixel_type;
typedef hls::stream axis;
typedef ap_axiu video_stream;
void hud_gen(axis& op,
int row,
int column,
int plot_x_1,
int plot_y_1,
int plot_x_2,
int plot_y_2,
int plot_x_3,
int plot_y_3,
int plot_x_4,
int plot_y_4,
int plot_x_5,
int plot_y_5,
int plot_x_6,
int plot_y_6,
int plot_x_7,
int plot_y_7,
int plot_x_8,
int plot_y_8,
int plot_x_9,
int plot_y_9,
int plot_x_10,
int plot_y_10,
int plot_x_11,
int plot_y_11,
int plot_x_12,
int plot_y_12,
int plot_x_13,
int plot_y_13,
int plot_x_14,
int plot_y_14,
int plot_x_15,
int plot_y_15,
int plot_x_16,
int plot_y_16,
int plot_x_17,
int plot_y_17,
int plot_x_18,
int plot_y_18,
int plot_x_19,
int plot_y_19,
int plot_x_20,
int plot_y_20,
int plot_size,
uint32_t plot_colour ) ;
虽然代码的主体看起来像
#include hud.h
//#include char.h
void hud_gen(axis& op,
int row,
int column,
int plot_x_1,
int plot_y_1,
int plot_x_2,
int plot_y_2,
int plot_x_3,
int plot_y_3,
int plot_x_4,
int plot_y_4,
int plot_x_5,
int plot_y_5,
int plot_x_6,
int plot_y_6,
int plot_x_7,
int plot_y_7,
int plot_x_8,
int plot_y_8,
int plot_x_9,
int plot_y_9,
int plot_x_10,
int plot_y_10,
int plot_x_11,
int plot_y_11,
int plot_x_12,
int plot_y_12,
int plot_x_13,
int plot_y_13,
int plot_x_14,
int plot_y_14,
int plot_x_15,
int plot_y_15,
int plot_x_16,
int plot_y_16,
int plot_x_17,
int plot_y_17,
int plot_x_18,
int plot_y_18,
int plot_x_19,
int plot_y_19,
int plot_x_20,
int plot_y_20,
int plot_size,
uint32_t plot_colour ) {
#pragma hls interface s_axilite port=return
#pragma hls interface s_axilite port=plot_y_1
#pragma hls interface s_axilite port=plot_x_1
#pragma hls interface s_axilite port=plot_y_2
#pragma hls interface s_axilite port=plot_x_2
#pragma hls interface s_axilite port=plot_y_3
#pragma hls interface s_axilite port=plot_x_3
#pragma hls interface s_axilite port=plot_y_4
#pragma hls interface s_axilite port=plot_x_4
#pragma hls interface s_axilite port=plot_y_5
#pragma hls interface s_axilite port=plot_x_5
#pragma hls interface s_axilite port=plot_y_6
#pragma hls interface s_axilite port=plot_x_6
#pragma hls interface s_axilite port=plot_y_7
#pragma hls interface s_axilite port=plot_x_7
#pragma hls interface s_axilite port=plot_y_8
#pragma hls interface s_axilite port=plot_x_8
#pragma hls interface s_axilite port=plot_y_9
#pragma hls interface s_axilite port=plot_x_9
#pragma hls interface s_axilite port=plot_y_10
#pragma hls interface s_axilite port=plot_x_10
#pragma hls interface s_axilite port=plot_y_11
#pragma hls interface s_axilite port=plot_x_11
#pragma hls interface s_axilite port=plot_y_12
#pragma hls interface s_axilite port=plot_x_12
#pragma hls interface s_axilite port=plot_y_13
#pragma hls interface s_axilite port=plot_x_13
#pragma hls interface s_axilite port=plot_y_14
#pragma hls interface s_axilite port=plot_x_14
#pragma hls interface s_axilite port=plot_y_15
#pragma hls interface s_axilite port=plot_x_15
#pragma hls interface s_axilite port=plot_y_16
#pragma hls interface s_axilite port=plot_x_16
#pragma hls interface s_axilite port=plot_y_17
#pragma hls interface s_axilite port=plot_x_17
#pragma hls interface s_axilite port=plot_y_18
#pragma hls interface s_axilite port=plot_x_18
#pragma hls interface s_axilite port=plot_y_19
#pragma hls interface s_axilite port=plot_x_19
#pragma hls interface s_axilite port=plot_y_20
#pragma hls interface s_axilite port=plot_x_20
#pragma hls interface s_axilite port=column
#pragma hls interface s_axilite port=row
#pragma hls interface s_axilite port=plot_size
#pragma hls interface s_axilite port=plot_colour
#pragma hls interface axis register both port=op
int i = 0;
int y = 0;
int x = 0;
//int bar_pos_x = 10;
//int bar_width = 30;
video_stream hud_int;
row_loop:for (y =0; y
xgpio_setdatadirection(&gpio,1,0xffffffff);
xgpio_setdatadirection(&gpio,2,0x00000000);
vtc_config = xvtc_lookupconfig(xpar_vtc_0_device_id);
xvtc_cfginitialize(&vtcinst, vtc_config, vtc_config->baseaddress);
video = vmode_640x480;
vtctiming.hactivevideo = video.width; /**< horizontal active video size */
vtctiming.hfrontporch = video.hps - video.width; /**< horizontal front porch size */
vtctiming.hsyncwidth = video.hpe - video.hps; /**< horizontal sync width */
vtctiming.hbackporch = video.hmax - video.hpe + 1; /**< horizontal back porch size */
vtctiming.hsyncpolarity = video.hpol; /**< horizontal sync polarity */
vtctiming.vactivevideo = video.height; /**< vertical active video size */
vtctiming.v0frontporch = video.vps - video.height; /**< vertical front porch size */
vtctiming.v0syncwidth = video.vpe - video.vps; /**< vertical sync width */
vtctiming.v0backporch = video.vmax - video.vpe + 1;; /**< horizontal back porch size */
vtctiming.v1frontporch = video.vps - video.height; /**< vertical front porch size */
vtctiming.v1syncwidth = video.vpe - video.vps; /**< vertical sync width */
vtctiming.v1backporch = video.vmax - video.vpe + 1;; /**baseaddress);
status = xv_tpg_isready(&tpg);
printf(tpg status %u \n\r, (unsigned int) status);
xv_tpg_set_height(&tpg, (u32) video.height);
xv_tpg_set_width(&tpg, (u32) video.width);
height = xv_tpg_get_height(&tpg);
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xv_tpg_start(&tpg);
status = xv_tpg_isidle(&tpg);
printf(status %u \n\r, (unsigned int) status);
xhud_gen_set_plot_x_1(&xv_hud, 64);
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xhud_gen_set_plot_y_4(&xv_hud, 58);
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xhud_gen_set_plot_x_10(&xv_hud, 640);
xhud_gen_set_plot_y_10(&xv_hud, 109);
cleanup_platform();
return 0;
}
当输出时，这会提供一个漂亮的彩色显示，作为 vga 显示的基本范围。
另外，我们可以创建一个简单的项目来展示如何在vga输出上绘制点。
未来的改进方向可能如下：
添加标签和标记
添加光标以在屏幕上报告样本值
点之间的线绘制
当然，我们需要注意所需的逻辑资源，因为这个项目对设备资源的要求很高。
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