Tang Nano系列FPGA例程汇总

一、前言

基本上手使用和相关的历程

二、Tang Nano

板载下载器为CH552

Github: https://github.com/sipeed/Tang-Nano-examples

驱屏教程

三、Tang Nano 1K

Github: https://github.com/sipeed/TangNano-1K-examples

驱屏教程

四、Tang Nano 4K

Github: https://github.com/sipeed/TangNano-4K-example

按键标志点灯(github)
HDMI显示工程(github)
HDMI 显示摄像头内容(github)
在Nano 4K上运行GBA的工程：https://github.com/Martoni/GbHdmi
litex 在 4K 支持：https://github.com/litex-hub/litex-boards

其他：

使用 Cortex-M3 点灯例程：Github (英文)

五、Tang Nano 9K

Github: https://github.com/sipeed/TangNano-9K-example

】驱动RGB屏教程

】先介绍时序

RGB LCD 显示协议和 VGA 类似，通信都有专用的行同步、场同步信号线。它们的主要区别是前者传输用的是数字信号，后者传输走的是模拟信号。

下面就介绍 VGA 的时序

上图分别是 VGA 在数据传输中的行同步、场同步时序

从时序图中可以看出，不论是显示一行数据还是一列数据，都需要一个同步(sync)信号，数据的传输需要在两个同步信号的脉冲之间完成

每一行的数据包括显示前沿(back porch)、有效数据(active video)、显示后沿(front porch)

其中的有效数据就是我们常说的分辨率，而显示前后沿的参数需要参考具体的分辨率与帧数进行设置，相关参数可以参考典型参数，链接在此： http://www.tinyvga.com/vga-timing

这块5寸屏幕的控制时序略有不同，相关参数的设置可以查看规格书

其他尺寸的屏幕相关规格书均可以在这里下载点我

下面提供了 LCD 相关时序的截图

上面一张图是时序中的参数表，下面的图是时序图

从时序图中看出，这块屏幕可以不用设置前后沿，可以只设置消影(blanking)时间，通过实际的程序证明，两种方式都是可以的

】生成屏幕时钟

这里需要用到高云半导体官方的IP核

】rPll

板载的晶振时钟为 27MHz ，但是我们的屏幕要求 33.3MHZ 的时钟，所以我们需要使用对应的ip核来生成相应的时钟

这里需要使用到 IP Core Generate ，位置在 Tools -> IP Core Generate

双击 rpll ，在弹出窗口 language 选择 Verilog ，CLKIN 为 27MHz ，CLKOUT 为 33.00MHz。

点击ok后提示是否需要添加到当前工程，此时应当选择确定

接着会出现一个例化的tmp文件，用来例化所设置的ip。比如下图中例子

】屏幕驱动代码

首先新建一个额外的verilog文件来保存下面要编写的代码

[] 端口定义

首先需要先定义出驱动屏幕所需要的端口

module VGAMod
(
    input                   CLK,
    input                   nRST,

    input                   PixelClk,

    output                  LCD_DE,
    output                  LCD_HSYNC,
    output                  LCD_VSYNC,

    output          [4:0]   LCD_B,
    output          [5:0]   LCD_G,
    output          [4:0]   LCD_R
);

本例程使用RGB565作为驱动方式；

[] 时序常量

接着定义出时序图上所要求的常量


localparam      V_BackPorch = 16'd6; //0 or 45
localparam      V_Pluse 	= 16'd5; 
localparam      HightPixel  = 16'd480;
localparam      V_FrontPorch= 16'd62; //45 or 0

localparam      H_BackPorch = 16'd182; 	
localparam      H_Pluse 	= 16'd1; 
localparam      WidthPixel  = 16'd800;
localparam      H_FrontPorch= 16'd210;

localparam      PixelForHS  =   WidthPixel + H_BackPorch + H_FrontPorch;  	
localparam      LineForVS   =   HightPixel + V_BackPorch + V_FrontPorch;

首先是设置时序相关的参数：前沿、后沿、有效像素

关于显示前沿、后沿，前面也说了，可以合并为一个消影时间，就是可以把其中一个设置为0，另一个设置为消影时间。反正前后沿的时间加起来符合表中的时间要求就可以

[] 定义变量

定义一些变量能够容易编写程序


reg [15:0] LineCount;
reg [15:0] PixelCount;

reg	[9:0]  Data_R;
reg	[9:0]  Data_G;
reg	[9:0]  Data_B;

[] 同步信号

这段代码产生同步信号，需要注意的是，这块屏幕的同步信号是负极性使能

    always @(  posedge PixelClk or negedge nRST  )begin
        if( !nRST ) begin
            LineCount       <=  16'b0;    
            PixelCount      <=  16'b0;
            end
        else if(  PixelCount  ==  PixelForHS ) begin
            PixelCount      <=  16'b0;
            LineCount       <=  LineCount + 1'b1;
            end
        else if(  LineCount  == LineForVS  ) begin
            LineCount       <=  16'b0;
            PixelCount      <=  16'b0;
            end
        else
            PixelCount      <=  PixelCount + 1'b1;
    end

   always @(  posedge PixelClk or negedge nRST  )begin
        if( !nRST ) begin
    		Data_R <= 9'b0;
    		Data_G <= 9'b0;
    		Data_B <= 9'b0;
            end
        else begin
    		end
    end

//注意这里HSYNC和VSYNC负极性
assign  LCD_HSYNC = (( PixelCount >= H_Pluse)&&( PixelCount <= (PixelForHS-H_FrontPorch))) ? 1'b0 : 1'b1;
assign  LCD_VSYNC = ((( LineCount  >= V_Pluse )&&( LineCount  <= (LineForVS-0) )) ) ? 1'b0 : 1'b1;

[] 使能信号

这段代码设置 LCD 使能图像显示，这块屏幕需要控制一个管脚用作显示开关，实际这个信号就是传输图像有效的那 800*480 的数据时置 1

assign  LCD_DE = (  ( PixelCount >= H_BackPorch )&&
                    ( PixelCount <= PixelForHS-H_FrontPorch ) &&
                    ( LineCount >= V_BackPorch ) &&
                    ( LineCount <= LineForVS-V_FrontPorch-1 ))  ? 1'b1 : 1'b0;
                    //这里不减一，会抖动

[] 测试彩条

这段代码用来产生 LCD 的测试数据，产生彩条显示

    localparam          Colorbar_width   =   WidthPixel / 16;

    assign  LCD_R     = ( PixelCount < ( H_BackPorch +  Colorbar_width * 0  )) ? 5'b00000 :
                        ( PixelCount < ( H_BackPorch +  Colorbar_width * 1  )) ? 5'b00001 : 
                        ( PixelCount < ( H_BackPorch +  Colorbar_width * 2  )) ? 5'b00010 :    
                        ( PixelCount < ( H_BackPorch +  Colorbar_width * 3  )) ? 5'b00100 :    
                        ( PixelCount < ( H_BackPorch +  Colorbar_width * 4  )) ? 5'b01000 :    
                        ( PixelCount < ( H_BackPorch +  Colorbar_width * 5  )) ? 5'b10000 :  5'b00000;

    assign  LCD_G    =  ( PixelCount < ( H_BackPorch +  Colorbar_width * 6  )) ? 6'b000001: 
                        ( PixelCount < ( H_BackPorch +  Colorbar_width * 7  )) ? 6'b000010:    
                        ( PixelCount < ( H_BackPorch +  Colorbar_width * 8  )) ? 6'b000100:    
                        ( PixelCount < ( H_BackPorch +  Colorbar_width * 9  )) ? 6'b001000:    
                        ( PixelCount < ( H_BackPorch +  Colorbar_width * 10 )) ? 6'b010000:    
                        ( PixelCount < ( H_BackPorch +  Colorbar_width * 11 )) ? 6'b100000:  6'b000000;

    assign  LCD_B    =  ( PixelCount < ( H_BackPorch +  Colorbar_width * 12 )) ? 5'b00001 : 
                        ( PixelCount < ( H_BackPorch +  Colorbar_width * 13 )) ? 5'b00010 :    
                        ( PixelCount < ( H_BackPorch +  Colorbar_width * 14 )) ? 5'b00100 :    
                        ( PixelCount < ( H_BackPorch +  Colorbar_width * 15 )) ? 5'b01000 :    
                        ( PixelCount < ( H_BackPorch +  Colorbar_width * 16 )) ? 5'b10000 :  5'b00000;

当然在最后的驱动文件最后别忘记换行加上 endmodule

到这里驱动模块的编写已经完成了。

】在顶层模块中例化

这里也是要新建verilog文件的
新建文件之后直接把下面的内容复制进去保存即可

module TOP //设置顶层模块
(
    input			nRST,
    input           XTAL_IN,

    output			LCD_CLK,
    output			LCD_HYNC,
    output			LCD_SYNC,
    output			LCD_DEN,
    output	[4:0]	LCD_R,
    output	[5:0]	LCD_G,
    output	[4:0]	LCD_B

); // 列出需要的端口

    wire		CLK_SYS;	
    wire		CLK_PIX;

    //例化pll
    Gowin_rPLL chip_pll(
        .clkout(CLK_SYS), //output clkout     //200M
        .clkoutd(CLK_PIX), //output clkoutd   //33.00M
        .clkin(XTAL_IN)    //input clkin
    );	

    VGAMod	VGAMod_inst //例化vga驱动
    (
    	.CLK		(	CLK_SYS     ),
    	.nRST		(	nRST		),

    	.PixelClk	(	CLK_PIX		),
    	.LCD_DE		(	LCD_DEN	 	),
    	.LCD_HSYNC	(	LCD_HYNC 	),
    	.LCD_VSYNC	(	LCD_SYNC 	),

    	.LCD_B		(	LCD_B		),
    	.LCD_G		(	LCD_G		),
    	.LCD_R		(	LCD_R		)
    );

    assign		LCD_CLK		=	CLK_PIX;

endmodule

】综合、约束、布局布线

[] 综合

完成上面步骤后转到“Process”界面下，对编辑好的代码进行综合，即运行“Synthesize”

且下方结果栏不出现任何从报错，说明前面编辑的代码无误，如果有错，根据错误提示进行改正即可。

[] 约束

此处仅管脚约束

对应的管脚约束如下表格所示；
感觉麻烦的话也可以直接复制准备好的文件(如下)，将页面里的内容复制到工程目录里 .cst 文件中（如果没有.cst 文件那么自己新建一个物理管脚约束文件）即可。

直接把下面的内容复制进".cst"文件即可
Copt the following content into the ".cst" file

IO_LOC "LCD_B[4]" 41;
IO_PORT "LCD_B[4]" IO_TYPE=LVCMOS33;
IO_LOC "LCD_B[3]" 42;
IO_PORT "LCD_B[3]" IO_TYPE=LVCMOS33;
IO_LOC "LCD_B[2]" 51;
IO_PORT "LCD_B[2]" IO_TYPE=LVCMOS33;
IO_LOC "LCD_B[1]" 53;
IO_PORT "LCD_B[1]" IO_TYPE=LVCMOS33;
IO_LOC "LCD_B[0]" 54;
IO_PORT "LCD_B[0]" IO_TYPE=LVCMOS33;
IO_LOC "LCD_G[5]" 55;
IO_PORT "LCD_G[5]" IO_TYPE=LVCMOS33;
IO_LOC "LCD_G[4]" 56;
IO_PORT "LCD_G[4]" IO_TYPE=LVCMOS33;
IO_LOC "LCD_G[3]" 57;
IO_PORT "LCD_G[3]" IO_TYPE=LVCMOS33;
IO_LOC "LCD_G[2]" 68;
IO_PORT "LCD_G[2]" IO_TYPE=LVCMOS33;
IO_LOC "LCD_G[1]" 69;
IO_PORT "LCD_G[1]" IO_TYPE=LVCMOS33;
IO_LOC "LCD_G[0]" 70;
IO_PORT "LCD_G[0]" IO_TYPE=LVCMOS33;
IO_LOC "LCD_R[4]" 71;
IO_PORT "LCD_R[4]" IO_TYPE=LVCMOS33;
IO_LOC "LCD_R[3]" 72;
IO_PORT "LCD_R[3]" IO_TYPE=LVCMOS33;
IO_LOC "LCD_R[2]" 73;
IO_PORT "LCD_R[2]" IO_TYPE=LVCMOS33;
IO_LOC "LCD_R[1]" 74;
IO_PORT "LCD_R[1]" IO_TYPE=LVCMOS33;
IO_LOC "LCD_R[0]" 75;
IO_PORT "LCD_R[0]" IO_TYPE=LVCMOS33;
IO_LOC "LCD_DEN" 33;
IO_PORT "LCD_DEN" IO_TYPE=LVCMOS33;
IO_LOC "LCD_SYNC" 34;
IO_PORT "LCD_SYNC" IO_TYPE=LVCMOS33;
IO_LOC "LCD_HYNC" 40;
IO_PORT "LCD_HYNC" IO_TYPE=LVCMOS33;
IO_LOC "LCD_CLK" 35;
IO_PORT "LCD_CLK" IO_TYPE=LVCMOS33;
IO_LOC "XTAL_IN" 52;
IO_PORT "XTAL_IN" IO_TYPE=LVCMOS33 PULL_MODE=NONE;
IO_LOC "nRST" 4;

PORT	I/O	PIN	PORT	I/O	PIN
LCD_B[4]	output	41	LCD_B[3]	output	42
LCD_B[2]	output	51	LCD_B[1]	output	53
LCD_B[0]	output	54	LCD_G[5]	output	55
LCD_G[4]	output	56	LCD_G[3]	output	57
LCD_G[2]	output	68	LCD_G[1]	output	69
LCD_G[0]	output	70	LCD_R[4]	output	71
LCD_R[3]	output	72	LCD_R[2]	output	73
LCD_R[1]	output	74	LCD_R[0]	output	75
LCD_DEN	output	33	LCD_SYNC	output	34
LCD_HYNC	output	40	LCD_CLK	output	35
XTAL_IN	input	52	nRST	input	4

[] 布局布线

管脚约束之后需要在设置里面开启引脚复用才能完成布局布线。

具体位置在软件顶部菜单栏 Project -> Configuration -> Place&Route -> Dual-Purpose Pin

设置完上面的之后。
就可以进行布局布线(Place&Route)了。
结束后就可以给开发板验证代码内容了。

】烧录

布局布线结束后生成比特流，就可以烧录开发板了。

】结束

上面差不多叙述了所有代码。
整个工程可以在参考这里，对应在lcd_led目录下。

】PicoRV在9k上运行的示例

】相关环境

Python
Gowin IDE

】相关步骤

[] 烧录Bitstream

打开 TangNano-9K-example\picotiny\project 目录下的 picotiny.gprj 文件
在顶部菜单栏 Project->Configuration->Place&Route->Dual-Purpose Pin 里面勾选 Use MSPI as regular IO
在 IDE 的 Process 窗口右键 Place&Route 选择 Clean＆Rerun All
将生成的文件下载到 Nano 9K 的 Embedded Flash

完成上面步骤后我们已经成功将PicoRV固化到FPGA里面了

[] 烧录例程文件

在 TangNano-9K-example\picotiny 目录下执行

python .\sw\pico-programmer.py .\example-fw-flash.v COM13

上面命令行中最后的 COM13 指的是开发板在系统中的串口编号，
比如在系统中显示为COM14的话就需要将它改成对应的COM14。

成功执行上面命令后会出现 - Waiting for reset - 的计时，
这时候按下开发板的S1按键就可以完成烧录。
附带完成的烧录log：

\TangNano-9K-example\picotiny> python .\sw\pico-programmer.py .\example-fw-flash.v COM13
Read program with 11760 bytes
  - Waiting for reset -
    ...
Total sectors 3
Total pages 46
Flashing 1 / 3
Flashing 2 / 3
Flashing 3 / 3

Flashing completed

然后就可以使用在串口工具来执行我们的代码了，当然也可以用HDMI来显示代码界面

】FPGA驱动1.14 SPI屏幕工程

】HDMI 示例：

参考 PicoRV 在9K上运行的示例

】litex 在 9K 支持：

https://github.com/litex-hub/litex-boards

Lushay Labs 有意做以太网、图形卡或者双核处理器的 FPGA 开发教程计划，有意者可以阅读本文末尾处他们提供的部分教程来了解他们。

六、Tang Nano 20K

Github: https://github.com/sipeed/TangNano-20K-example

开箱使用

七、哔哩哔哩视频

感谢 ZQ坐看云起时友情制作

TANG NANO 9K 开发板应用《1: 云源IDE安装》

TANG NANO 9K 开发板应用《2: 云源软件基本使用》

TANG NANO 9K 开发板应用《3: 新建FPGA工程》

TANG NANO 9K 开发板应用《4：时钟分频器使用之IP调用法》

TANG NANO 9K 开发板应用《5：时钟分频器使用之直接例化法》

TANG NANO 9K 开发板应用《6：38译码器设计与测试》

TANG NANO 9K 开发板应用《7：高云逻辑分析仪之配置篇》

TANG NANO 9K 开发板应用《8：高云逻辑分析仪之使用篇》

TANG NANO 9K 开发板应用《9：存储器BSRAM使用方法介绍》

TANG NANO 9K 开发板应用《10：高云逻辑分析仪调试BSRAM》

TANG NANO 9K 开发板应用《11：BSRAM设置初始化数据》

TANG NANO 9K 开发板应用《12：基于BSRAM的pROM使用》

TANG NANO 9K 开发板应用《13：输入时钟CLK信号捕获技巧》

TANG NANO 9K 开发板应用《14：基于ST7789芯片1.14寸LCD屏幕驱动》

TANG NANO 9K 开发板应用《15：基于ST7789芯片LCD寄存器配置和显示》

TANG NANO 9K 开发板应用《16: 1.14寸LCD图片显示实验》

TANG NANO 9K 开发板应用《17: 1.14寸LCD图片滚动实验》

TANG NANO 9K 开发板应用《18：手搓简易标准SPI驱动及仿真》

TANG NANO 9K 开发板应用《19：SPI读flash P25Q32HS/W25Q32 芯片ID实验》

TANG NANO 9K 开发板应用《20：SPI读写/擦除P25Q32HS/W25Q32实验》

TANG NANO 9K 开发板应用《21：串口发送模块的实现》

TANG NANO 9K 开发板应用《22：串口接收模块的实现》

TANG NANO 9K 开发板应用《23：环形队列(FIFO)的实现》

TANG NANO 9K 开发板应用《24：串口转SPI操作flash》

TANG NANO 9K 开发板应用《25：串口转SPI文件传输上位机》

TANG NANO 9K 开发板应用《26：PWM》

iverilog + gtkwave 开源仿真工具《1：软件安装篇》

iverilog + gtkwave 开源仿真工具《2：计数器仿真实验》

八、其他上手说明

Tang Nano 9K 合作代理教程(英文)：

】Lushay Labs

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