FPGA使用笔记：GPIO操作方式（用于测试设备io驱动性能）

news2024/11/18 1:36:09

一、前言

使用FPGA测试IO速率，用于后续驱动高速AD/DA等高速芯片做铺垫，很多芯片的驱动都是使用并行接口，不是使用专用接口的，这样采样速率的快慢就有CPU的时许周期决定了。

本文测试FPGA和STM32，后续如果用到更快的芯片也会补充此文，如果是带linux系统的，可以参照此贴

二、环境

编译软件QuartusII13.1、Keil5

语法Verilog、C

芯片EP4CE6F17C、STM32F407、STM32H750

三、正文

1.FPGA的EP4CE6F17C芯片测试

测试程序

module top_fpga(
 //global signal
 input clk, //50MHz
 
 //led
 output testF7, //high active
 output testD6 //high active
);
 
 //寄存器定义kbq,测试IO翻转速率
reg [31:0] timer1=0;
reg led_1=0;
reg led_2=0;
assign testF7 = led_1;
assign testD6 = led_2;
always @(posedge clk)
 if (timer1 == 32'd49) //1 秒计数(50M-1=49_999_999) （1ms d49_999）（1us d49）（100ns d4）（）（）
 timer1 <= 0; //计数器清零
 else
 timer1 <= timer1 + 1'b1; //计数器加 1
//LED 控制
always @(posedge clk)
	begin	//最快的时钟翻转速率，50M晶振20ns周期，实测io翻转20ns，一周期40ns
		led_1 <= !led_1; //LED 点亮 
		led_2 <= !led_1; //LED 点亮
	end
// if (timer1 == 32'd29)//计数器计到 0.5 us
//	begin	
//		led_1 <= 1'b1; //LED 点亮
//		led_2 <= 1'b1; //LED 点亮
//	end
// else if (timer1 == 32'd49) //计数器计到 1 us
//	begin	
//	led_1 <= 1'b0; //LED 灯灭
//	led_2 <= 1'b0; //LED 灯灭
//	end
// else
//	begin
//	led_1 <= led_1;
//	led_2 <= led_2;
//	end
endmodule

采用的是50M外部晶振给到时钟引脚，然后定时器判断时钟来翻转io高低电平，最终测试直接判断时钟上升沿，就翻转io状态，测试结果就是时钟的速率，50MHz的时钟周期是20ns，测试也是20ns电平保持，40ns周期。多个引脚同时控制，也不会有等待延迟，周期与单个引脚一样

使用逻辑分析仪测试结果如下图

使用示波器测试结果如下图

感觉这个还没有达到FPGA的极限，只是时钟晶振的极限，详细更快速的测试需要在多摸索摸索找找方法。也欢迎各位大佬指点提示。

2.STM32F407芯片测试

使用标准库

		GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_14);  //LED0对应引脚GPIOB.6拉高，亮  等同LED=1;
		GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_15);  //LED0对应引脚GPIOB.6拉高，亮  等同LED=1;

		GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_14); //LED1对应引脚GPIOB.6拉低，灭 等同LED=0;
		GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_15); //LED1对应引脚GPIOB.6拉低，灭 等同LED=0;

无延时控制高低电平翻转，使用单个引脚周期最快在120ns左右，双个引脚周期就变成了220ns左右，所有引脚控制是串行控制的，一个一个去控制，引脚配置如下，100M速度，理论应该是10ns翻转，20ns周期，但是函数执行消耗了50ns，所以这点就不如FPGA时许控制的严格，当系统更加复杂有多个进程芯片驱动时，更无法保障高速采集速率

  GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_14;
  GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_OUT;//普通输出模式
  GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;//推挽输出
  GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_100MHz;//100MHz
  GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_UP;//上拉
  GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);//初始化