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NVBoard

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介绍

NVBoard(NJU Virtual Board)是基于SDL开发的虚拟FPGA开发板，可以在Verilator仿真环境中模拟FPGA，支持LED，七段数码管，拨码开关，UART，键盘和VGA。

项目文件说明

.
├── board                   # 引脚说明文件
│   └── ...
├── example                 # 示例项目
│   └── ...
├── include                 # 用于NVboard项目内部包含的头文件
│   ├── component.h
│   ├── configs.h
│   ├── font.h
│   ├── keyboard.h
│   ├── macro.h
│   ├── nvboard.h
│   ├── pins.h
│   ├── render.h
│   ├── term.h
│   ├── uart.h
│   └── vga.h
├── resources
│   ├── font                # 字体资源
│   └── pic                 # 图片资源
├── scripts
│   ├── auto_pin_bind.py    # 生成引脚绑定代码的脚本
│   └── nvboard.mk          # NVBoard构建规则
├── src                     # NVBoard源码
│   ├── at_scancode.h
│   ├── button.cpp
│   ├── component.cpp
│   ├── event.cpp
│   ├── font.cpp
│   ├── keyboard.cpp
│   ├── led.cpp
│   ├── nvboard.cpp
│   ├── render.cpp
│   ├── segs7.cpp
│   ├── switch.cpp
│   ├── term.cpp
│   ├── timer.cpp
│   ├── uart.cpp
│   └── vga.cpp
├── usr
│   └── include           # 用于给外部项目包含的头文件
│       ├── nvboard.h
│       └── pins.h
├── LICENSE
└── README.md

安装教程

  1. 将项目拷贝到本地，git clone https://github.com/NJU-ProjectN/nvboard.git
  2. 通过apt-get install libsdl2-dev libsdl2-image-dev libsdl2-ttf-dev安装SDL2，SDL2-image和SDL2-ttf；对于macOS，可以通过brew install sdl2 sdl2_image sdl2_ttf安装
  3. 把本项目的目录设置成环境变量NVBOARD_HOME

示例

example目录下包含一个示例项目，在该目录下通过 make run 命令可运行该项目。

接入verilator步骤

API说明

NVBoard提供了以下几组API

  • void nvboard_init(): 初始化NVBoard
  • void nvboard_quit(): 退出NVBoard
  • void nvboard_bind_pin(void *signal, int len, ...): 将HDL的信号signal连接到NVBoard里的引脚上，具体地
    • len为信号的长度，大于1时为向量信号
    • 可变参数列表...为引脚编号列表，编号为整数；绑定向量信号时，引脚编号列表从MSB到LSB排列
  • void nvboard_update(): 更新NVBoard中各组件的状态，每当电路状态发生改变时都需要调用该函数

引脚绑定

手动调用nvboard_bind_pin()来绑定所有引脚较为繁琐。 为了方便进行信号的绑定，NVBoard项目提供了一套从自定义约束文件生成绑定代码的流程。具体地

  1. 编写一个自定义格式的约束文件，其格式为
top=top_name

# Line comment inside nxdc
signal pin
signal (pin1, pin2, ..., pink)

在约束文件的第一行，需要指定顶层模块名（上文中为top_name）。 约束文件支持两种信号绑定方式，signal pin表示将顶层模块的signal端口信号绑定到引脚pin上， signal (pin1, pin2, ..., pink)表示将顶层模块的signal信号的每一位从高到低依次绑定到pin1, pin2, ..., pink上。 约束文件支持空行与行注释。

  1. 通过命令python $(NVBOARD_HOME)/scripts/auto_pin_bind.py nxdc约束文件路径 auto_bind.cpp输出路径来生成C++文件。

调用该文件中的nvboard_bind_all_pins(dut)函数即可完成所有信号的绑定。

注意，该脚本的错误处理并不完善，若自定义约束文件中存在错误，则可能无法生成正确的报错信息与C++文件。 如果发现脚本中的错误也可以尝试修复一下然后丢pr

可以在board目录下的引脚说明文件中查看引脚信息。 其中output表示该信号方向为输出方向(从RTL代码到NVBoard)，input为输入方向(从NVBoard到RTL代码)。

目前引脚列表中不包含复位引脚RST，因为NVBoard在cpp文件中包含一些内部状态，仅复位RTL设计部分会使其与NVBoard状态不一致。 一个实现全系统复位效果的简单方法是退出NVBoard并重新运行。RTL设计的复位工作由verilator的wrapper完成，具体见example/csrc/main.cpp。

调用API

在C++仿真代码中调用NVBoard提供的API

#include <nvboard.h>

// ...
nvboard_bind_all_pins(&dut);
nvboard_init();

while (1) {
  // ...
  nvboard_update();
}

nvboard_quit();

具体地

  • 在进入verilator仿真的循环前，先对引脚进行绑定，然后对NVBoard进行初始化
  • 在verilator仿真的循环中更新NVBoard各组件的状态
  • 退出verilator仿真的循环后，销毁NVBoard的相关资源

编译链接

在Makefile中

  • 将生成的上述引脚绑定的C++文件加入源文件列表
  • 将NVBoard的构建脚本包含进来
include $(NVBOARD_HOME)/scripts/nvboard.mk
  • 通过make nvboard-archive生成NVBoard的库文件
  • 在生成verilator仿真可执行文件(即$(NVBOARD_ARCHIVE))将这个库文件加入链接过程，并添加链接选项-lSDL2 -lSDL2_image

可以参考示例项目中的Makefile文件，即example/Makefile