国产FPGA+国产操作系统（GW1NSR-LV4C+RT-Thread）驱动SPI LCD ——星核计划作品分享

GW1NSR介绍

高云方案商推出的板载GW1NSR的ministar开发板内嵌Cortex-M3硬核非常适合于verilog的学习。

图1 GW1NSR-4C器件结构示意图 

可以看到GW1NSR内嵌了一个CM3的硬核，还有一个DSP，使用verilog语言可以得到任何数字电路，FPGA一般用于IO扩展，因为数字电路是并行的，能够提升MCU的性能，片上集成了一个CM3，其优势是可以减小嵌入式产品的体积，普通采用MCU+FPGA架构的产品因为使用了分立的MCU+FPGA会增加产品体积，加上目前国内MCU的缺货现状，GW1NSR在性能上要高于普通MCU，既可以在硬核上运行串行的业务逻辑，也能用FPGA的资源实现并行的数字逻辑。想要详细的了解这颗芯片的资源，请查看芯片的数据手册。

资料链接：

http://www.gowinsemi.com.cn/down.aspx?FId=n14:14:26

入门：带你从新建工程到手写一个流水灯

开发环境准备

1.下载和安装软件

图2 高云云源软件EDA下载界面

下载地址：

http://www.gowinsemi.com.cn/faq.aspx

2.申请license

图3 高云云源软件License申请界面

3.安装ministar的usb驱动

参考：

https://blog.csdn.net/csdnyueguoyu/article/details/99577971?ops_request_misc=%257B%2522request%255Fid%2522%253A%2522162312085716780269896555%2522%252C%2522scm%2522%253A%252220140713.130102334..%2522%257D&request_id=162312085716780269896555&biz_id=0&utm_medium=distribute.pc_search_result.none-task-blog-2~all~sobaiduend~default-1-99577971.first_rank_v2_pc_rank_v29&utm_term=ft2232d&spm=1018.2226.3001.4187

新建工程和创建verilog文件

1.新建工程

2.新建和编写verilog文件

//author：qwz//time：2021.6.8//version：v0.1//desc:clk信号连接到硬件上的晶振，采用异步复位的方式（检测到复位引脚下降沿则执行复位动作），每有一个时钟脉冲clk，计数寄存器cnt+1，计数达到1000_0000次清零计数器，4位led左移一位。
module led_flow(input clk,//时钟                input rst_n,//复位按键                    output reg [1:0] led  //4位led                );
reg [23:0] cnt;//时钟脉冲计数器
always @(posedge clk or posedge rst_n) begin    if(rst_n)         cnt <= 24'd0 ;//检测到复位键下降沿清零计数器    else          cnt <= (cnt == 24'd1000_0000)?(24'd0):cnt+1'b1;//计数值达到1000_0000清零计数器，否则计数值+1end
always @(posedge clk or posedge rst_n) begin    if(rst_n)         led <= 2'b01 ;//复位后led[0]亮，led[3:1]灭    else  if(cnt == 24'd1000_0000)          led <= {led[0],led[1]};//计数值达到1000_0000进行4位led进行移位        else         led <= led;//计数值未达到1000_0000 led不移位end
endmodule

综合

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引脚分配

我的配置:

布局布线

下载验证

下载完成后，此时板子上的两个LED在轮流闪烁。

实战：ip核应用之片上硬核处理器

新建工程同上章，本章主要内容为使用IP核使能片上硬核的spi外设驱动spi的lcd。

注意配置为LVCMOS33，驱动spi芯片需要3.3V电平。FPGA部分的配置就到这里，后面开始写CM3的程序。

FPGA部分的配置就到这里，后面开始写CM3的程序。

下载固件包，下载地址：

http://www.gowinsemi.com.cn/prodshow_view.aspx?TypeId=71&Id=186&FId=t31:71:31

图3 多个FPGA电源电压的启动和关断顺序。

驱动的核心是实现spi的写寄存器和写数据函数，如下，详细驱动代码见文末的工程文件。‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍

//用到高云mcu固件库的spi写函数SPI_WriteData(data)，定义了spi的片选宏和lcd驱动的命令/数据使能宏。移植比较简单。void LCD_WR_REG(uint8_t data){    LCD_CS_CLR;              LCD_RS_CLR；        SPI_WriteData(data);   LCD_CS_SET;  }
void LCD_WR_DATA(uint8_t data){   LCD_CS_CLR;         LCD_RS_SET;        SPI_WriteData(data);   LCD_CS_SET;}

完成了FPGA和CM3两个部分的工作，FPGA工程综合出了fs文件、CM3工程编译出了bin文件，接着就是下载了。

此时lcd开始显示测试画面，说明驱动正常，cm3工作正常。

移植操作系统rtthread到硬核

本章内容为移植rtthread到GW1NSR的片上CM3上，让产品具有实时性。

1.下载rtthread nano 3.1.3内核源码，并复制到工程目录下。

下载地址:

https://www.rt-thread.org/page/download.html

2.在keil工程中添加源文件

3.添加头文件

4.注释掉systick、hardfault、pendsv中断

完成上面的步骤后编译工程，下载到开发板，rtthread开始在开发板上运行起来了。

总结

本次是第一次使用国产的FPGA，让我吃惊的是IP核比较丰富，这段时间在官网查资料的过程中， 我发现了riscv和arm的软核，发现有些参考手册是2018年发布的，可以知道高云在fpga已经相当长时间的技术积累，才能给用户带来方便的IDE软件和各类参考应用手册。这款ministar开发板挺适合学生使用的，希望高云推出更多这样的比赛赠送开发板给学生使用，助力verilog在我国的推广，推进我们国家数字IC的发展。