Figura 1. Diagrama de bloques para tutorial de PicoBlaze (KCPSM6) en NEXYS4-DDR.

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1 FACULTAD DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA. GRUPO SEDA SEDA.ESCUELAING.EDU.CO PROFESOR: JAVIER SOTO PHD. TUTORIAL PICBLAZE (KCPSM6) EN VIVADO DESCRIPCIÓN Este tutorial implementa PicoBlaze y hardware adicional en en la tarjeta NEXYS4-DDR (PicoBlaze for UltraScale, 7-series, 6-series FPGAs, KCPSM6 Rev 9 September 30, 2014). El proyecto permite encender y apagar leds continuamente. Incluye 8 entradas (switches) como control de pausa, 8 entradas (switches) para control de velocidad de conmutación (on/off) y 16 salidas (leds). Adicionalmente, incluye la entrada de reinicialización (reset) del PicoBlaze conectada a un pulsador. La Figura 1 presenta un diagrama de bloques del diseño implementado. Este tutorial fue desarrollado con Vivado Figura 1. Diagrama de bloques para tutorial de PicoBlaze (KCPSM6) en NEXYS4-DDR. PROCEDIMIENTO 1. Descargue de PicoBlaze Lounge los archivos de referencia del microcontrolador PicoBlaze (KCPSM6_Release9_30Sept14.zip). Para este tutorial usaremos: PicoBlaze for UltraScale, 7-series, 6-series FPGAs, KCPSM6 Rev 9 September 30, Descomprima el archivo en la carpeta KCPSM6 y explore su contenido. 3. Cree un nuevo proyecto con Vivado denominado tutorialseda_pb_leds, con las características de la FPGA (o tarjeta) que vaya utilizar. En este tutorial utilizaremos la tarjeta NEXYS4-DDR. Family: Artix7 Device: XC7A100T Package: CSG324 Speed: -1

2 4. Cree un nuevo archivo VHDL en su proyecto con el nombre leds_onoff_top_module.vhd. Copie y guarde el siguiente código en el archivo Company: Escuela Colombiana de Ingeniería Julio Garavito - Grupo SEDA -- Engineer: Javier Soto -- Create Date: 12:11:38 10/14/ Module Name: leds_onoff_top_module - Behavioral -- Project Name: tutorialseda_pb_leds -- Target Devices: NEXYS4-DDR -- Description: Este proyecto enciende y apaga leds continuamente. -- Incluye entradas como control de pausa (switches), entradas -- de control de velocidad de conmutación (switches), y salidas -- conectadas a leds. Incluye microcontrolador PicoBlaze(KCPSM6) library IEEE; use IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL; entity leds_onoff_top_module is Port( : in std_logic; switches_pausa : in std_logic_vector(7 downto 0); switches_speed : in std_logic_vector(7 downto 0); cpu_reset : in std_logic; leds_h : out std_logic_vector(7 downto 0); leds_l : out std_logic_vector(7 downto 0)); end leds_onoff_top_module; architecture Behavioral of leds_onoff_top_module is component kcpsm6 --Declaracion del componente KCPSM6. generic( hwbuild : std_logic_vector(7 downto 0) := X"00"; interrupt_vector : std_logic_vector(11 downto 0) := X"3FF"; scratch_pad_memory_size : integer := 64); port( address : out std_logic_vector(11 downto 0); instruction : in std_logic_vector(17 downto 0); bram_enable : out std_logic; in_port : in std_logic_vector(7 downto 0); out_port : out std_logic_vector(7 downto 0); port_id : out std_logic_vector(7 downto 0); write_strobe : out std_logic; k_write_strobe : out std_logic; read_strobe : out std_logic; interrupt : in std_logic; interrupt_ack : out std_logic; sleep : in std_logic; reset : in std_logic; : in std_logic); end component; component prog_rom --Declaración del componente generic( C_FAMILY : string := "S6"; --de la memoria de programa. C_RAM_SIZE_KWORDS : integer := 1; --El nombre debe coincidir con C_JTAG_LOADER_ENABLE : integer := 0); --el nombre de archivo PSM. Port( address : in std_logic_vector(11 downto 0); instruction : out std_logic_vector(17 downto 0); enable : in std_logic; rdl : out std_logic; : in std_logic); end component; signal address : std_logic_vector(11 downto 0); --Señales para conectar signal instruction : std_logic_vector(17 downto 0); --el componente KCPSM6 signal bram_enable : std_logic; --y la memoria de programa. signal in_port : std_logic_vector(7 downto 0); signal out_port : std_logic_vector(7 downto 0); signal port_id : std_logic_vector(7 downto 0); signal write_strobe : std_logic; signal k_write_strobe : std_logic; signal read_strobe : std_logic; signal interrupt : std_logic; signal interrupt_ack : std_logic; signal kcpsm6_sleep : std_logic; signal kcpsm6_reset : std_logic; signal rdl : std_logic; begin

3 processor: kcpsm6 --Instanciación del módulo KCPSM6 generic map(hwbuild => X"00", interrupt_vector => X"3FF", --Vector de interrupción scratch_pad_memory_size => 64) --64, 128 o 256 bytes port map(address => address, instruction => instruction, bram_enable => bram_enable, port_id => port_id, write_strobe => write_strobe, k_write_strobe => k_write_strobe, out_port => out_port, read_strobe => read_strobe, in_port => in_port, interrupt => interrupt, interrupt_ack => interrupt_ack, sleep => kcpsm6_sleep, reset => kcpsm6_reset, => ); kcpsm6_sleep <= '0'; interrupt <= interrupt_ack; --El nombre debe coincidir program_rom: prog_rom --con el archivo *.PSM. generic map(c_family => "7S", --Familia 'S6', 'V6' or '7S'. C_RAM_SIZE_KWORDS => 2, --Program size '1', '2' or '4'. C_JTAG_LOADER_ENABLE => 1) --Include JTAG Loader when set to '1'. port map(address => address, --Para Sparan-6 use 'S6', '1' y '1'. instruction => instruction, --Para Virtex-6 use 'V6', '2' y '1'. enable => bram_enable, --Para Artix-7, Kintex-7 o Virtex-7 rdl => rdl, --use '7S', '2' y '1'. => ); kcpsm6_reset <= (not cpu_reset) or rdl; input_ports: process() --Proceso que incluye la lógica de multiplexado y begin --registro relacionada con los puertos de entrada if (rising_edge()) then case port_id(0) is when '0' => --Leer puerto en la direccion 00h in_port <= switches_pausa; when '1' => --Leer puerto en la direccion 01h in_port <= switches_speed; when others => in_port <= "XXXXXXXX"; end case; end process input_ports; output_ports: process() --Proceso relacionado con los puertos de salida. begin --La carga de los puertos de salida (resgistros) if (rising_edge()) then --es habilitada con la señal 'write_strobe' cuando if (cpu_reset = '0') then --se ejecuta una instruccion como 'OUTPUT'. leds_h <= x"f0"; leds_l <= x"f0"; elsif (write_strobe = '1') then if port_id(0) = '1' then --Escribe el registro leds_h cuando la dirección leds_h <= out_port; --del puerto es 01h. if port_id(1) = '1' then --Escribe el registro leds_l cuando la dirección leds_l <= out_port; --del puerto es 02h. end process output_ports; end Behavioral; 5. Copie los siguientes archivos a la carpeta donde se creó el archivo leds_onoff_top_module.vhd.

4 Archivos KCPSM6/kcpsm6.vhd KCPSM6/kcpsm6.exe KCPSM6/ROM_form.vhd Destino: tutorialseda_pb_leds/tutorialseda_pb_leds.srcs/sources_1/new/ 6. Añada el archivo kcpsm6.vhd a su proyecto (Add Sources). Si expande el árbol de archivos del proyecto, notará que hace falta incluir el archivo VHDL prog_rom.vhd que hace referencia la memoria de programa. Este archivo será creado a continuación. 7. Cree un nuevo archivo con el nombre prog_rom.psm y guárdelo en la misma carpeta del proyecto donde se crearon los otros archivos tutorialseda_pb_leds/tutorialseda_pb_leds.srcs/sources_1/new/. Copie el siguiente código en el nuevo archivo. Tenga en cuenta que el nombre del archivo ( prog_rom.psm ) se usará como referencia para crear el archivo VHDL ( prog_rom.vhd ), que corresponde a la memoria de programa, cuya entidad lleva el mismo nombre (prog_rom). ; Company: Escuela Colombiana de Ingeniería Julio Garavito - Grupo SEDA ; Engineer: Javier Soto ; Create Date: 02/10/2015 ; Project Name: tutorialseda_pb_leds ; Description: Programa para PicoBlaze (KCPSM6) que enciende y apaga leds ; continuamente. Incluye entradas como control de pausa (switches), ; entradas para control de velocidad de conmutación (switches) ; y salidas conectadas a leds (secuencia on-off, tarjeta NEXYS4-DDR). ;Definiciones CONSTANT OUTP_LEDS_H,01 ;Puerto de salida LEDS_H CONSTANT OUTP_LEDS_L,02 ;Puerto de salida LEDS_L CONSTANT INP_SW_PAUSA,00 ;Puerto de entrada SWITCHES PAUSA CONSTANT INP_SW_SPEED,01 ;Puerto de entrada SWITCHES SPEED NAMEREG s0,leds_reg_h ;Registro leds_reg_h NAMEREG s1,leds_reg_l ;Registro leds_reg_l NAMEREG s2,cont_ret1 ;Registro para función de retardo NAMEREG s3,cont_ret2 ;Registro para función de retardo NAMEREG s4,cont_ret3 ;Registro para función de retardo ;Programa ADDRESS 000 ;dirección de la primera instrucción start: DISABLE INTERRUPT ;deshabilita interrupciones LOAD leds_reg_h,00 ;inicializa el valor de leds_reg_h(s0) en 00h. LOAD leds_reg_l,ff ;inicializa el valor de leds_reg_l(s1) en FFh.

5 mostrar: OUTPUT leds_reg_h,outp_leds_h ;escribe leds_reg_h(s0) en puerto OUTP_LEDS_H(01h) OUTPUT leds_reg_l,outp_leds_l ;escribe leds_reg_l(s0) en puerto OUTP_LEDS_L(02h) CALL delay ;llama a subrutina de retardo pausa: INPUT s5,inp_sw_pausa ;lee puerto INP_SW_PAUSA(00h) y lo guarda en s5 TEST s5,ff ;verifica si algún bit de s5 esta en 1: s5 AND FFh JUMP NZ,pausa ;salta a pausa si Z = 0 XOR leds_reg_h,ff ;complementa el valor del registro leds_reg_h(s0) XOR leds_reg_l,ff ;complementa el valor del registro leds_reg_l(s1) JUMP mostrar ;salta a la etiqueta mostrar delay: LOAD cont_ret1,00 ;inicializa registro cont_ret1(s2) en 00h LOAD cont_ret2,00 ;inicializa registro cont_ret2(s3) en 00h INPUT cont_ret3,inp_sw_speed ;escribe en cont_ret3 el puerto INP_SW_SPEED(01h) ADD cont_ret3,01 ;cont_ret3=00h mínimo retardo, FFh máximo loop: LOAD s5,s5 ;equivalente a NOP (No operation) LOAD s5,s5 ;equivalente a nop LOAD s5,s5 ;equivalente a nop LOAD s5,s5 ;equivalente a nop SUB cont_ret1,01 ;decrementa cont_ret1 en 1 JUMP NZ,loop ;salta a loop si cont_ret1 =/ 00 ; SUB cont_ret2,01 ;decrementa cont_ret2 en 1 JUMP NZ,loop ;salta a loop si cont_ret2 =/ 00 ; SUB cont_ret3,01 ;decrementa cont_ret3 en 1 JUMP NZ,loop ;salta a loop si cont_ret3 =/ 00 RETURN ;retorno de subrutina 8. Compilación del código: Ejecute el archivo kcpsm6.exe. Ingrese el nombre del archivo prog_rom.psm. Si el archivo compila correctamente verá el mensaje Assembly completed successfully y se crearán los archivos: prog_rom.log prog_rom.hex prog_rom.vhd. Si hay algún error al compilar el archivo debe corregirlo hasta que la compilación sea exitosa. 9. Añada el archivo prog_rom.vhd a su proyecto (File Add Sources ). 10. Cree el archivo de configuración de pines: (File Add Sources Add or create constrains). Escriba la configuración de pines de manera apropiada (ver NEXYS4 DDR Archivo de configuración de pines (*.xdc)). Para la tarjeta NEXYS4-DDR puede copiar la siguiente configuración. ## Clock signal set_property -dict { PACKAGE_PIN E3 IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports { }]; #create_clock -add -name sys pin -period waveform {0 5} [get_ports {CLK100MHZ}]; ##Switches set_property -dict { PACKAGE_PIN J15 IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports { switches_pausa[0] }]; set_property -dict { PACKAGE_PIN L16 IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports { switches_pausa[1] }]; set_property -dict { PACKAGE_PIN M13 IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports { switches_pausa[2] }]; set_property -dict { PACKAGE_PIN R15 IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports { switches_pausa[3] }]; set_property -dict { PACKAGE_PIN R17 IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports { switches_pausa[4] }]; set_property -dict { PACKAGE_PIN T18 IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports { switches_pausa[5] }]; set_property -dict { PACKAGE_PIN U18 IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports { switches_pausa[6] }]; set_property -dict { PACKAGE_PIN R13 IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports { switches_pausa[7] }]; set_property -dict { PACKAGE_PIN T8 IOSTANDARD LVCMOS18 } [get_ports { switches_speed[0] }]; set_property -dict { PACKAGE_PIN U8 IOSTANDARD LVCMOS18 } [get_ports { switches_speed[1] }]; set_property -dict { PACKAGE_PIN R16 IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports { switches_speed[2] }]; set_property -dict { PACKAGE_PIN T13 IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports { switches_speed[3] }]; set_property -dict { PACKAGE_PIN H6 IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports { switches_speed[4] }]; set_property -dict { PACKAGE_PIN U12 IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports { switches_speed[5] }];

6 set_property -dict { PACKAGE_PIN U11 IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports { switches_speed[6] }]; set_property -dict { PACKAGE_PIN V10 IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports { switches_speed[7] }]; ## LEDs set_property -dict { PACKAGE_PIN H17 IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports { leds_l[0] }]; set_property -dict { PACKAGE_PIN K15 IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports { leds_l[1] }]; set_property -dict { PACKAGE_PIN J13 IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports { leds_l[2] }]; set_property -dict { PACKAGE_PIN N14 IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports { leds_l[3] }]; set_property -dict { PACKAGE_PIN R18 IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports { leds_l[4] }]; set_property -dict { PACKAGE_PIN V17 IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports { leds_l[5] }]; set_property -dict { PACKAGE_PIN U17 IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports { leds_l[6] }]; set_property -dict { PACKAGE_PIN U16 IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports { leds_l[7] }]; set_property -dict { PACKAGE_PIN V16 IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports { leds_h[0] }]; set_property -dict { PACKAGE_PIN T15 IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports { leds_h[1] }]; set_property -dict { PACKAGE_PIN U14 IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports { leds_h[2] }]; set_property -dict { PACKAGE_PIN T16 IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports { leds_h[3] }]; set_property -dict { PACKAGE_PIN V15 IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports { leds_h[4] }]; set_property -dict { PACKAGE_PIN V14 IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports { leds_h[5] }]; set_property -dict { PACKAGE_PIN V12 IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports { leds_h[6] }]; set_property -dict { PACKAGE_PIN V11 IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports { leds_h[7] }]; ##Buttons set_property -dict { PACKAGE_PIN C12 IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports { cpu_reset }]; 11. Genere el Bitstream: ejecute los procesos: Run Synthesis Run Implementation Generate Bitstream. 12. Descargue el bitstream a la FPGA y verifique su funcionamiento. Asegúrese de tener conectada y alimentada la tarjeta. Establezca una conexión con la tarjeta: Hardware Manager Open Target Auto Connect. Programe el dispositivo: 13. Verifique el funcionamiento del circuito modificando los switches de la tarjeta.