【初次通电】

Tang Nano 20K 默认的固件内容是 litex ，并且可以在 github 直接下载固件。

上电后可以看到板卡上的六颗 LED 以流水灯样式运行着。

通电后 win10 和 win11 会自动加载驱动，然后在电脑的设备管理器中可以看到至少有一个串口设备，这时可以使用 Mobaxterm 这类支持串口的软件来打开开发板上的串口。

设置波特率为 115200，然后打开开发板上的串口，就能进入默认 litex 固件的终端了。

使用 Tab 自动补全命令操作可以看到有一些指令能够让我们直接使用。

以最简单的 leds 为例，输入 leds 命令。

可以看到它要求 leds 命令后面加上一个 value .

下面是在串口终端中输入了 leds 62 后板子上 led 的变化。

可以看到板子上只有一颗 LED 亮起。

如果输入的数字过大的话，它会在串口提示将 led 状态设置成了 0xffffffff。

【隐藏功能】

上面的 litex 相关的终端操作都是在 FPGA 上运行的，Tang Nano 20K 除了 GW2AR-18C FPGA 外，还有一个板载的 BL616 芯片，可以进入它的终端来进行其他操作。

和前面一样，在 Mobaxterm 中打开串口之后，可以使用组合键 Ctrl + x 然后 Ctrl + c，最后按下回车来进入 BL616 芯片终端。

然后按下回车就到了终端了。支持 tab 补全命令。

这里主要需要关注 pll_clk 和 choose 这两个命令。

】pll_clk

Tang Nano 20K 板子上带有一颗 MS5351 精准时钟发生器，它由 BL616 终端的 pll_clk 命令来控制。

MS5351 支持三路时钟输出，在原理图中可以看到以下对应关系：

上图表示 CLK0 时钟连接到了 FPGA 的 PIN10 引脚，CLK1 时钟连接到了 FPGA 的 PIN11 引脚，CLK2 时钟连接到了 FPGA 的 PIN13 引脚.

• 配置 CLK1 输出 50M 时钟

pll_clk O1=50M

• 禁用 CLK1

pll_clk O1

• 保存配置

pll_clk -s

• 设置 CLK2 输出 100M 时钟并且保存

pll_clk O2=100M -s


】choose

choose 命令在 BL616 芯片中的作用是选择 BL616 与 FPGA 的通信方式。

打开串口时默认使用的是 uart 模式。在使用命令 Ctrl + x和 Ctrl + c，再敲下回车后， BL616 退出串口模式，回到终端模式。

• uart 模式测试

在 BL616 终端执行 choose uart 命令，BL616 与 FPGA 进行串口通信。

输入完命令后终端会看起来卡住了一样，实际上这是因为 FPGA 没有向 BL616 发送串口消息。

默认的固件没有被清除的话，继续敲击回车就会重新回到 litex 终端了。

与前面的叙述一样，使用组合键 Ctrl + x和 Ctrl + c，再敲下回车后， BL616 退出串口模式，回到终端模式。

• spi 模式测试

SPI 模式时，BL616 作为 FPGA 的 SPI 从机，接收 FPGA 发送过来的数据。

【游戏机套装】

Tang Nano 20K 可以加载/运行开源 FPGA NES 模拟器 NESTang，下面简述使用步骤。源码可以查看 Tang Nano 20K nestang github example 或者 NESTang。

】硬件准备

• 一块 Tang Nano 20K
• 至少一个 Joystick 手柄和手柄转接板
• 一张 TF 卡与一个读卡器
• 一个面包板 (用来组合固定住板子)
• HDMI 显示器

】环境准备

• Windows：Gowin Programmer ， balenaEtcher 和 python
• Linux: Openfpgaloader 和 python

Linux 烧录方法可以参考 Tang Nano 20K nestang github example，下面主要基于 Windows 系统来说明使用步骤。

】烧录 FPGA 固件

使用 Gowin Programmer 将 这个固件 烧录到 FPGA 的 Flash 中。

】制作游戏镜像

使用 这些文件（都要下载），将想要运行的 NES 游戏 转换成能被 FPGA 识别的文件镜像。

使用下面的命令来将 1.nes 2.nes 3.nes 三个 NES 游戏转换成游戏镜像文件 (games.img)。

python nes2img.py -o games.img 1.nes 2.nes 3.nes

提示 PIL 不存在时，手动通过 pip 安装一下。

在当前目录下就有生成的游戏镜像文件 games.img 了。

】烧录游戏镜像

在 Tang Nano 20K 上，需要使用 TF 卡来存储游戏，因此需要将游戏镜像文件烧录到 TF 卡。

这里使用 balenaEtcher 这个软件。

打开这个软件，选择 Flash from file, 选中之前生成的游戏镜像文件 games.img

会弹出一个警告，此时点击继续。

接下来选择烧录的 TF 卡，不要选错了盘符。

点击烧录，提示烧录成功后就可以取出 TF 卡并且将 TF 卡插入到 FPGA 了。

】组装板子

• 插入 TF 卡到板子中
  
  

• 将板卡和手柄转接板都连接在面包板上
  
  

注意上图的红色直线，那表明了手柄转接板与 FPGA 应当对应的引脚

• 连接上手柄和 HDMI 线

】开始游戏

给 Tang Nano 20K 通上电，然后会显示出游戏菜单，里面的游戏数量和名称都是根据制作游戏镜像文件时所使用的 NES 游戏文件和名称来生成的。

• 按下手柄上的 ② 或者 O 来启动游戏
• 按下 FPGA 板子上的 S1 来重新进入游戏选单

【编程使用】

例程汇总