Virtex7Microblaze下DDR3测试

FPGA技术江湖 2022-08-15 12:53

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这篇文章我们讲一下Virtex7上DDR3的测试例程，Vivado也提供了一个DDR的example，但却是纯Verilog代码，比较复杂，这里我们把DDR3的MIG的IP Core挂在Microblaze下，用很简单的程序就可以进行DDR3的测试。

新建工程，FPGA选型为xc7v690tffg-1761。创建Block Design，命名为Microblaze_DDR3。

在bd文件中加入Mircoblaze。

点击Run Block Automation

按照默认配置，确定即可。

出现下面的界面。

添加MIG的IP Core

开始配置DDR，选择Create Design.

这一步是选择Pin脚兼容的FPGA，我们不做选择，直接Next。

选择DDR3.

①选择DDR的工作频率，我们这里让DDR3的频率为1600MHz，所以时钟频率是800MHz；
②选择器件，根据实际情况来选择即可；
③数据位宽，也是根据板卡上的实际位宽进行选择；
④默认即可。

选择AXI总线的位宽，这里我们选择512.

①选择输入时钟频率，虽然DDR的工作时钟是800MHz（在第10步中选择），但我们可以输入一个低频时钟，然后MIG的IP Core中会倍频到所需频率。
②MIG的IP Core默认会输出一个200MHz的时钟，如果还需要其他的时钟输出，可以在这里选择。其他选择默认即可。

①选择输入时钟的方式，这里的输入时钟就是我们上一个页面中的设置的200MHz的输入时钟，如果选择差分或单端，则输入通过FPGA的管脚输入200MHz时钟到MIG的IP Core；如果选择No Buffer，则可以通过FPGA内部的MMCM输出一个200MHz时钟到MIG；这里我选择了No Buffer；
②选择参考时钟的方式，参考时钟频率固定是200MHz，如果选择如果选择差分或单端，则输入通过FPGA的管脚输入200MHz时钟到MIG的IP Core；如果选择No Buffer，则可以通过FPGA内部的MMCM输出一个200MHz时钟到MIG；如果在前一个页面中选择了输入时钟频率是200MHz，则这边会出现一个Use System Clock的选项，因为此时两个时钟频率是相同的嘛。这里我选择了Use System Clock；
③设置输入复位信号的极性，这个要特别注意，尽量选择高有效，因为无论我们选择高复位还是低复位，它的端口名都叫sys_rst，会让人直观就觉得是高复位。我第一次使用时，就没注意到这个选项，默认为低，但在MIG的端口上看到sys_rst这个名字我以为是高有效，结果DDR一直不通。
（备注：对于绝大多数的Xilinx的IP，如果是低有效的复位，端口名字中肯定是有N这个标志的）

这个页面不需要操作。

下面开始分配管脚，我比较习惯于选第二个，无论是第一次分配还是后面再重新分配。
在这一页，可以根据原理图一一分配管脚；如果有现成的xdc/ucf文件，可以直接通过Read XDC/UCF读入，然后再选择Validate验证管脚分配是否正确。

如果Validate成功，则会提示下面的界面。

如果在第13步中，选择了差分或单端输入，则这里会出现下面第一个图；如果选择了No buffer，则这里会出现第二个图。很容易理解，如果选择了通过外部管脚输入时钟，那这里就是让选择具体的管脚。并不是所有的MRCC或者SRCC管脚都可以选的，只能选择跟DDR管脚同一片区域的（比如DDR放在了Bank31 32 33，那么这里的时钟输入管脚就不能选择Bank15）。

如果不选择复位信号管脚，就可以通过FPGA内部逻辑来输入复位。

后面一路Next就完成了MIG IP Core的配置了。

在bd文件中，加入AXI Interconnect、UARTLite和Interrupt（如果不加中断模块，Microblaze的程序跑不起来），串口用来打印信息。然后再添加各输入输出端口，把内部的线连接起来，如下图所示。

但这个图里的线太多，看着不直观，我们把Microblaze模块、mdm_1、rst_clk_wiz和local_memory模块（上图中红框中的4个模块）放到一个子模块中，取名mb_min_sys，如下图。

创建顶层的top文件，并在top文件中例化bd文件。可以把init_calib_complete和mmcm_locked这两个信号抓出来，在下载程序后，这两个信号必须都是高，不然DDR就工作不正常，肯定是中间某个环节配置有问题。具体top.v文件内容见附录
将工程综合、实现、生成bit文件，并导出Hardware。

打开sdk，新建Application Project，并按下面的步骤依次操作。

再选择模板为HelloWorld，最后Finish。

修改helloworld.c，见附录，重新编译，如果提示overflowed则把lscript.ld文件中的size改大。

运行程序后，可以看到串口打印信息如下：

附录

// top.v
`timescale 1ns / 1ps

module top
   (
  input clk_n,
  input clk_p,
  input UART_rxd,
  output UART_txd,
  output [15:0]ddr3_addr,
  output [2:0]ddr3_ba,
  output ddr3_cas_n,
  output [0:0]ddr3_ck_n,
  output [0:0]ddr3_ck_p,
  output [0:0]ddr3_cke,
  output [0:0]ddr3_cs_n,
  output [7:0]ddr3_dm,
  inout [63:0]ddr3_dq,
  inout [7:0]ddr3_dqs_n,
  inout [7:0]ddr3_dqs_p,
  output [0:0]ddr3_odt,
  output ddr3_ras_n,
  output ddr3_reset_n,
  output ddr3_we_n
  );

  wire axi4_clk;
  wire axil_clk;
  reg axi4_rstn;
  wire axil_rstn;
  wire init_calib_complete;
  wire mmcm_locked;
  wire ddr_rst;

  always @ ( posedge axi4_clk )
  begin
      axi4_rstn <= axil_rstn;
  end 

  reg [8:0] cnt;
  always @ ( posedge axil_clk )
  begin
      if(~axil_rstn)
          cnt <= 'd0;
      else if(cnt=='d256)
          cnt <= cnt ;
      else 
          cnt <= cnt + 1'b1;
  end 

  assign ddr_rst = (cnt=='d256)?1'b0:1'b1;

  MicroBlaze_DDR3 MicroBlaze_DDR3_i
       (.UART_rxd                   (UART_rxd             ),
        .UART_txd                   (UART_txd             ),
        .axil_clk                   (axil_clk             ),
        .axi4_clk                   (axi4_clk             ),
        .axi4_rstn                  (axi4_rstn            ),
        .clk_in_clk_n               (clk_n                ),
        .clk_in_clk_p               (clk_p                ),
        .ddr3_addr                  (ddr3_addr            ),
        .ddr3_ba                    (ddr3_ba              ),
        .ddr3_cas_n                 (ddr3_cas_n           ),
        .ddr3_ck_n                  (ddr3_ck_n            ),
        .ddr3_ck_p                  (ddr3_ck_p            ),
        .ddr3_cke                   (ddr3_cke             ),
        .ddr3_cs_n                  (ddr3_cs_n            ),
        .ddr3_dm                    (ddr3_dm              ),
        .ddr3_dq                    (ddr3_dq              ),
        .ddr3_dqs_n                 (ddr3_dqs_n           ),
        .ddr3_dqs_p                 (ddr3_dqs_p           ),
        .ddr3_odt                   (ddr3_odt             ),
        .ddr3_ras_n                 (ddr3_ras_n           ),
        .ddr3_reset_n               (ddr3_reset_n         ),
        .ddr3_we_n                  (ddr3_we_n            ),
        .ddr_rst                    (ddr_rst              ),
        .init_calib_complete        (init_calib_complete  ),
        .mmcm_locked                (mmcm_locked          ),
        .reset                      (1'b0                 ),
        .axil_rstn                  (axil_rstn            )
      );
endmodule

// helloworld.c
#include 
#include "platform.h"
#include "xil_printf.h"


int main()
{
    init_platform();
    print("-------ddr3 test----------------------\n\r");
    unsigned int *DDR_MEM = (unsigned int*) XPAR_MIG_7SERIES_0_BASEADDR;
    // write data to ddr3
    *DDR_MEM = 0x12345678;
    // read back
    unsigned int value = *(unsigned int *) XPAR_MIG_7SERIES_0_BASEADDR;

    xil_printf("value = 0x%x\n", value);

    cleanup_platform();
    return 0;
}