一步步学习zynq软硬件协同开发（AX7010/20）【FPGA篇】：FPGA控制流水灯及verilog基本语法学习

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我是靠谱客的博主深情芝麻，最近开发中收集的这篇文章主要介绍一步步学习zynq软硬件协同开发（AX7010/20）【FPGA篇】：FPGA控制流水灯及verilog基本语法学习，觉得挺不错的，现在分享给大家，希望可以做个参考。

概述

一、实验环境及目的

板卡：AX7010

Vivado版本：2017.1

开发机：I7 4.2GHZ 8GB WIN10_X64

参考文档：《ALINX黑金ZYNQ7000开发平台配套教程》

实验目的：掌握ZYNQ PL端的开发流程，熟悉verilog的基本语法。

其实黑金给出了一个例子就是1S翻转一次四个LED等，这里我想通过控制一组LED灯的不同输出效果来学习verilog及fpga，所以需要做一些修改，虽然有不少操作系统驱动开发经验，但是因为是fpga部分的小白，所以还是从最基础的部分开始。以自己的学习经验来说，跟着教程刻板的做一遍是远远不够的，因为不会太多的去自己思考，遇到问题大多去论坛或者群里找技术支持，这种流程是我不太喜欢的，还是得有自主思考的过程。所以在黑金的实验基础上，实现一个流水灯的效果。

二、开发步骤

这部分可以参考黑金的教程，大致步骤如下：

step1:创建vivado工程

step2:选择RTL工程，勾选“do not specify sources at this time”

step3:选择对应的芯片，速度等级，选择xxc7z010clg400-1

step4:添加.v源文件，create design sources

step5:添加xdc约束文件,create constraints

step6:编译下载调试

三、源码分析及语法学习

led.v源码如下：

`timescale 1ns / 1ps
//
// Company: cetc
// Engineer: xp_config
//
// Create Date: 2018/11/26 21:44:45
// Design Name:
// Module Name: led
// Project Name:
// Target Devices:
// Tool Versions:
// Description:
//
// Dependencies:
//
// Revision:
// Revision 0.01 - File Created
// Additional Comments:
//
//
//每隔1S翻转fpga端的led灯
module led(
input sys_clk,//输入时钟 50MHZ
output reg [3:0] led //四个LED灯
);
reg [31:0] timer_cnt;
//led灯控制
always@(posedge sys_clk)//输入时钟的上升沿检测
begin
if(timer_cnt >= 32'd49_999_999)//50Mhz晶振，50 000 000 - 1
begin
led <= ~led;
timer_cnt <= 32'd0;
end
else
begin
led <= led;
timer_cnt <= timer_cnt + 32'd1;
end
end
endmodule

xdc约束文件：

set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports {led[3]}]
set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports {led[2]}]
set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports {led[1]}]
set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports {led[0]}]
set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports sys_clk]
set_property PACKAGE_PIN U18 [get_ports sys_clk]
set_property PACKAGE_PIN M14 [get_ports {led[0]}]
set_property PACKAGE_PIN M15 [get_ports {led[1]}]
set_property PACKAGE_PIN K16 [get_ports {led[2]}]
set_property PACKAGE_PIN J16 [get_ports {led[3]}]

看下一下涉及到的verilog的语法：

1.module

只学过汇编和C语言的渣渣表示这个有点像一个功能函数模块的意思，有名称和输入参数，具体module的解释，我查了下书和资料，整理如下：

# module是整个.v文件中的基本组成模块，是verilog设计的基本单元，以关键词module开始，以关键词endmodule结束

# 模块代表着硬件电路的运行实体，并且可以并行运行

# 模块可以分层，高层模块可以通过调用低层模块来实现复杂功能

# 各个模块的连接需要一个顶层模块——top module

# 复杂模块可以划分成多个简单的模块

2.module的结构

module <模块名称>（<端口列表>）；

<定义>

<模块条目>

endmodule

<模块名>是模块唯一的标识符；

<端口列表>是输入、输出和双向端口的列表，这些端口用来与其他模块进行连接。

<定义>是一段程序，用来指定数据对象为寄存器型、存储器型、线型以及过程块，诸如函数块和任务块；

<模块条目>也是一段程序，将上面<定义>和<端口>组合起来，是说明这个模块要做什么的语句；

endmodule之后没有分号，在端口列表之后的括号后面有分好。

这里我们定义的模块名称为led，端口列表为：input sys_clk和output reg[3:0]

3.verilog中的基本语法

3.1 reg

这里reg我暂时理解就为c语言里面的变量，是一块内存，长度为4，每一个bit对应一个led的高低电平。关于reg的用法，整理如下：

reg型数据保持最后一次的赋值，用于always过程赋值语句中。

暂时我只想记住这一点，多了一时也理解不了。

3.2 input和output

类似C函数的输入参数，input是外部输入的信号，output是内部输出到外部的信号,指定了信号的方向。

3.3 alway@

这里应该是只要满足时钟输入，并且在上升沿的时候，一直循环执行

3.3 begin和end

我理解的是一个bebin必须对应一个end，就像C语言中的大括号{}

3.4 数字表达式

<位宽><进制><数字>

32'd49_999_999//表示该数字为10进制，位宽32位，值为49999999。

不过这种定义方法和C一样，要注意越界的问题。

'b 二进制

'd 十进制

'h 十六进制

3.5 =和<=

阻塞赋值语句（“=”）和非阻塞赋值语句（“<=”）
阻塞：在本语句中“右式计算”和“左式更新”完全完成之后，才开始执行下一条语句；
非阻塞：当前语句的执行不会阻塞下一语句的执行。

四、改个流水灯

其实这里想到就是一个移位操作，查了下，verilog的移位操作就是<<，那么在每次进入led赋值的时候，进行一个移位，加入全部为零了，那么在从0001开始，这样一秒就一次变化就会有一个流水灯。

代码如下，其实改的很简单：

`timescale 1ns / 1ps
//
// Company: reworks
// Engineer: xp_config
//
// Create Date: 2018/11/26 21:44:45
// Design Name:
// Module Name: led
// Project Name:
// Target Devices:
// Tool Versions:
// Description:
//
// Dependencies:
//
// Revision:
// Revision 0.01 - File Created
// Additional Comments:
//
//
//每隔1S翻转fpga端的led灯
module led(
input sys_clk,//输入时钟 50MHZ
output reg [3:0] led //四个LED灯
);
reg [31:0] timer_cnt;
//led灯控制
always@(posedge sys_clk)//输入时钟的上升沿检测
begin
if(timer_cnt >= 32'd49_999_999)//50Mhz晶振，50 000 000 - 1
begin
led <= led <<1;
//1S时间到移位操作
if(led == 4'b0000)
led <= 4'b0001;
timer_cnt <= 32'd0;
end
else
begin
led <= led;
timer_cnt <= timer_cnt + 32'd1;
end
end
endmodule

over...