【【FPGA 之 MicroBlaze XADC 实验】】

news2024/11/23 11:22:12

FPGA 之 MicroBlaze XADC 实验

Vivado IP 核提供了 XADC 软核，XADC 包含两个模数转换器（ADC），一个模拟多路复用器，片上温度和片上电压传感器等。我们可以利用这个模块监测芯片温度和供电电压，也可以用来测量外部的模拟电压信号。

7 系列的 XADC IP 核包括两个 12 位的模数转换器，转换速率可以达到 1MSPS（每秒一百万次采样）。它带有片上温度和电压传感器，可以测量芯片工作时的温度和供电电压。用户可以设置报警阈值，用来检测温度过高或者供电电压异常等事件。除此之外，通过 XADC IP 核内部的模拟多路复用器，它支持最多 17路外部模拟输入信号的测量，且支持单极、双极和差分等信号类型。
XADC内部结构
在这里插入图片描述

左边红框圈 1 的，共十七组差分信号，这些端口也可接收单端信号，其中一对 VP/N_0 为专用的模拟差分输入，其他 16 对为复用的，不使用时可作为普通的管脚。最上边红框 2，表明 XADC 模块也可采集片上传感器测量到的芯片温度、供电电压等信息；右边红框圈 3，是两个 12 位的模数转换器。XADC 采集转换后的数据存储在状态寄存器的专用寄存器内，可由 FPGA 内部动态配置端口（DRP----Dynamic Reconfiguration Port）的 16 位同步读/写端口访问；ADC 的转换数据也可以由 JTAG 访问，当使用这种方式时，并不需要直接去例化 XADC 模块，因为这是一个已经存在与 FPGA JTAG 结构的专用接口，此时因为没有在设计中直接例化 XADC 模块，故 XADC IP 核工作在一种预先定义好的模式即缺省模式，此模式下 XADC IP 核专用于监视芯片上的供电电压和芯片温度。以上是对 XADC IP 核的简介。

看了一圈XADC 没太看懂但是不重要因为我是复制粘贴的只要了解大概怎么用的就好了

实验任务：本章的实验任务是通过 AXI 接口读取 XADC 测量的芯片温度、供电电压等信息，并通过串口打印出来。

我们研究一下这里的系统框图
在这里插入图片描述

CPU 通过 AXI 接口直接读取 XADC 模块采集的温度和电压数据，然后通过串口打印出来。
在这里插入图片描述

下面展示Block Design
在这里插入图片描述

下面展示完整的在 vitis 下的 C语言代码

#include "xsysmon.h"
#include "xparameters.h"
#include "xstatus.h"
#include "stdio.h"
#include "sleep.h"
//XADC ID
#define SYSMON_DEVICE_ID XPAR_SYSMON_0_DEVICE_ID
static XSysMon SysMonInst; //XADC 驱动实例
int SysMonFractionToInt(float FloatNum);
int main(void){
XSysMon_Config *ConfigPtr;
u32 TempRawData; //温度 原始数据
u32 VccAuxRawData; //辅助电压 原始数据
u32 VccIntRawData; //内核电压 原始数据
u32 VccBRAMdata; //BRAM 电压 原始数据
float TempData; //温度
float VccAuxData; //辅助电压
float VccIntData; //内核电压
float VBRAM; //BRAM 电压
float MaxData; //最大值
float MinData; //最小值
//初始化 XADC 器件
ConfigPtr = XSysMon_LookupConfig(SYSMON_DEVICE_ID);
if (ConfigPtr == NULL) {
return XST_FAILURE;
}
XSysMon_CfgInitialize(&SysMonInst, ConfigPtr, ConfigPtr->BaseAddress);
//默认安全模式
XSysMon_SetSequencerMode(&SysMonInst, XSM_SEQ_MODE_SAFE);
//使能的相应的通道
XSysMon_SetSeqChEnables(&SysMonInst,XSM_SEQ_CH_TEMP| //温度
XSM_SEQ_CH_VCCINT | //内核电压
XSM_SEQ_CH_VCCAUX| //辅助电压
XSM_SEQ_CH_VBRAM //BRAM 电压
);
//设置为循环模式
XSysMon_SetSequencerMode(&SysMonInst,XSM_SEQ_MODE_CONTINPASS);
while(1){
//读取温度
TempRawData = XSysMon_GetAdcData(&SysMonInst, XSM_CH_TEMP);
TempData = XSysMon_RawToTemperature(TempRawData);
xil_printf("\r\nThe Current Temperature is %0d.%03d Centigrades.\r\n",
(int)(TempData), SysMonFractionToInt(TempData));
//读取最大温度
TempRawData = XSysMon_GetMinMaxMeasurement(&SysMonInst, XSM_MAX_TEMP);
MaxData = XSysMon_RawToTemperature(TempRawData);
xil_printf("The Maximum Temperature is %0d.%03d Centigrades. \r\n",
(int)(MaxData), SysMonFractionToInt(MaxData));
//读取最小温度
TempRawData = XSysMon_GetMinMaxMeasurement(&SysMonInst, XSM_MIN_TEMP);
MinData = XSysMon_RawToTemperature(TempRawData);
xil_printf("The Minimum Temperature is %0d.%03d Centigrades. \r\n",
(int)(MinData), SysMonFractionToInt(MinData));
//读取核心电压
VccIntRawData = XSysMon_GetAdcData(&SysMonInst, XSM_CH_VCCINT);
VccIntData = XSysMon_RawToVoltage(VccIntRawData);
xil_printf("The Current VCCINT is %0d.%03d Volts. \r\n",
(int)(VccIntData), SysMonFractionToInt(VccIntData));
//读取辅助器电
VccAuxRawData = XSysMon_GetAdcData(&SysMonInst,XSM_CH_VCCAUX );
VccAuxData = XSysMon_RawToVoltage(VccAuxRawData);
xil_printf("The Current VCCAUX is %0d.%03d Volts. \r\n",
(int)(VccAuxData), SysMonFractionToInt(VccAuxData));
//读取 BRAM 电压
VccBRAMdata = XSysMon_GetAdcData(&SysMonInst,XSM_CH_VCCAUX );
VBRAM = XSysMon_RawToVoltage(VccBRAMdata);
xil_printf("The Current VBRAM is %0d.%03d Volts. \r\n",
(int)(VBRAM), SysMonFractionToInt(VBRAM));
sleep(1);
}
return 0;
}
int SysMonFractionToInt(float FloatNum)
{
float Temp;
Temp = FloatNum;
if (FloatNum < 0) {
Temp = -(FloatNum);
}
//将浮点数线束部分扩大 1000 倍，以便打印
return( ((int)((Temp -(float)((int)Temp)) * (1000.0f))));
}

下面对C语言代码进行细致的分析
我从完整的c语言开始分析希望能有所感悟

就当是我们自己在做这个东西
按照惯例写下我们的头文件
在这里插入图片描述

#include "xparameters.h"
#include "stdio.h"

这是给我们印象最深的两项了
对此我们先搁置一下
处理下面的事项
在这里插入图片描述

下一步按照惯例设定 XDC的ID 序号来自 xparameters
在这里插入图片描述

然后我们想我们使用xdc 添加一个xdc驱动实例
它前缀设置了static 静态变量的形式
XSysMon 来自一个新的.h 文件头文件内记得加入
在这里插入图片描述

这个结构体的意思是

typedef struct {
XSysMon_Config Config;    /< XSysMon_Config of current device */u32  IsReady;        /< Device is initialized and ready  */
u32  Mask;        /**< Store the previously written value
in CONVST register */
} XSysMon;

驱动程序的实例数据。用户需要分配一个变量
*用于系统中的每个系统监视器/ADC设备。指向的指针
*然后将这种类型的变量传递给驱动程序API函数。
*/

下面一句话是声明函数我们不看进入主函数
在这里插入图片描述

我们会发现其实这个 XSysMon_Config 是来自于 XSysMon.h的是上面显示的结构体的一部分

typedef struct {
u16  DeviceId;        /< Unique ID of device */UINTPTR  BaseAddress;    /< Device base address */
int  IncludeInterrupt;     /< Supports Interrupt driven mode */u8   IpType;        /< 1 - System Management */
/**< 0 - XADC/System Monoitor */
} XSysMon_Config;

接下来进行初始化
在这里插入图片描述

其实真正的初始化是第35行的这句话
但是我们看看30行这句话
XSysMon_LookupConfig 这个函数后面带有ID 就是先查找这个XDC ID是否存在然后它下面马上跟了一句不存在return 什么就是这样

OK 我们接下来看35行的函数
XSysMon_CfgInitialize 从名字上我们就可以看出是初始化XDC的意思具体分析下用到了什么参数
我们索引进去会得到这样的原函数

int XSysMon_CfgInitialize(XSysMon *InstancePtr, XSysMon_Config *ConfigPtr,UINTPTR EffectiveAddr)

InstancePtr is a pointer to the XSysMon instance. 第一句是指向实例的指针
就是我们在上面定义的驱动示例
下一句是ConfigPtr指向XSysMon设备配置结构。指向了我们在主函数定义的结构体
第三句指的是设备的基地址正好来自于我们的上一个结构体中的内容

初始化完毕之后我们设定进入安全模式
在这里插入图片描述