USB3.0-FT601Q 上位机简单读写FPGA GPIO

在我们完成“初探USB3.0极简方案FT601Q芯片方案”后，我们需要编写自己的上位机软件，实现对FPGA的访问。本文中，笔者编写了一个简单的应用程序，可以实现对开发板上LED的控制，以及读取开发板按键值。

1、USB3.0 FPGA 程序设计,在以下程序中，我们实现上位机发送的数据控制LED,以及上位机读取按键数据。

module ft60x_top( // system control input                  Rstn_i,//fpga reset output                 USBSS_EN,//power enable    // FIFO interface    input                  CLK_i, inout [31:0]           DATA_io, inout [3:0]            BE_io, input                  RXF_N_i,   // ACK_N input                  TXE_N_i, output                 OE_N_o, output                 WR_N_o,    // REQ_N output                 SIWU_N_o, output                 RD_N_o, output                 WAKEUP_o, output [1:0]           GPIO_o, // led output reg            [3:0]LED, input                 [3:0]BTN ); assign USBSS_EN = 1'b1;    assign WAKEUP_o = 1'b1; assign GPIO_o   = 2'b00;    assign SIWU_N_o = 1'b0; wire rstn; (*mark_debug = "true"*) wire            RXF_N_i;   // ACK_N (*mark_debug = "true"*) wire            TXE_N_i; (*mark_debug = "true"*) reg             OE_N_o; (*mark_debug = "true"*) reg             WR_N_o;    // REQ_N (*mark_debug = "true"*) reg             RD_N_o; (*mark_debug = "true"*) (* KEEP = "TRUE" *)wire [31:0] rd_data; (*mark_debug = "true"*) (* KEEP = "TRUE" *)wire [31:0] wr_data; (*mark_debug = "true"*) wire [3 :0] BE_RD; (*mark_debug = "true"*) wire [3 :0] BE_WR; (*mark_debug = "true"*) reg [1:0] USB_S; wire data_rd_valid,data_wr_valid; assign data_rd_valid = (RD_N_o==1'b0)&&(RXF_N_i==1'b0); assign data_wr_valid = (WR_N_o==1'b0)&&(TXE_N_i==1'b0); //read or write flag assign rd_data  =  data_rd_valid ? DATA_io : 32'd0;//read data dir assign DATA_io  =  data_wr_valid ? wr_data : 32'bz;// write data dir assign BE_RD    =  data_rd_valid ? BE_io   : 4'd0; //read data dir assign BE_io    =  data_wr_valid ? BE_WR   : 4'bz;// write data dir assign BE_WR    =  4'b1111; assign wr_data = {8'h00,8'haa,8'hff,4'h0,BTN}; (*mark_debug = "true"*) (* KEEP = "TRUE" *) reg [15:0]rd_cnt; always @(posedge CLK_i)begin     if(!rstn)begin         rd_cnt <= 16'd0;     end     else if(data_rd_valid) begin         rd_cnt <= rd_cnt + 1'b1;     end     else begin        rd_cnt  <= 16'd0;     end end always @(posedge CLK_i)begin     if(!rstn)begin         LED <= 4'b0000;     end     else if(data_rd_valid) begin         LED <= rd_data[3:0];     end end always @(posedge CLK_i)begin     if(!rstn)begin         USB_S <= 2'd0;         OE_N_o <= 1'b1;         RD_N_o <= 1'b1;         WR_N_o <= 1'b1;     end     else begin         case(USB_S)         0:begin             OE_N_o <= 1'b1;             RD_N_o <= 1'b1;             WR_N_o <= 1'b1;             if((!RXF_N_i)) begin                 USB_S  <= 2'd1;                 OE_N_o <= 1'b0;               end             else if(!TXE_N_i)begin                 USB_S  <= 2'd2;             end         end         1:begin             RD_N_o <= 1'b0;               if(RXF_N_i) begin                 USB_S  <= 2'd0;                 RD_N_o <= 1'b1;                 OE_N_o <= 1'b1;                  end         end         2:begin             WR_N_o <= 1'b0;             if(TXE_N_i) begin                 USB_S  <= 2'd0;                 WR_N_o <= 1'b1;              end         end         3:begin             USB_S <= 2'd0;         end         endcase                    end end Delay_rst #(     .num(20'hffff0) ) Delay_rst_inst (     .clk_i(CLK_i),     .rstn_i(Rstn_i),     .rst_o(rstn) );

2、人机界面

3、上位机分析

3.1、Mainwindow.c

此程序中关键就打开USB设备，以及发送写数据操作和读数据操作

1)、UsbManager::getInstance();中会调用并且打开USB设备

2)、由于GPIO控制不需要非常高的速度，因此定时每100ms用定时器更新一次数据

3)、在定时器read_one_time函数中首先把需要设置的LED值发送给USB设备，FPGA会根据读取到的数据设置LED的状态；然后再读取按键的状态，之后更新上位机按键的显示状态

#include "mainwindow.h" #include "ui_mainwindow.h" #include <QMessageBox> #include "UsbManager.h" uint32_t m_io_val; MainWindow::MainWindow(QWidget *parent) :     QMainWindow(parent),     ui(new Ui::MainWindow) {     ui->setupUi(this);     this->setWindowTitle(tr("MSXBO USB GPIO Test(V1.00)"));     UsbManager::getInstance();     m_io_val=0;     m_QTimer_btn = new QTimer(this);     connect(m_QTimer_btn,SIGNAL(timeout()),this,SLOT(read_one_time()));     m_QTimer_btn->start(100); } MainWindow::~MainWindow() {     delete ui; } void MainWindow::read_one_time() {     uchar val;     uchar buff[4];     buff[0]=m_io_val;     buff[1]=0xff;     buff[2]=0xaa;     buff[3]=0x00;     long len=4;     USBMANAGER->sendData(0,buff,len);     USBMANAGER->recvData(0,buff,len);     val = buff[0];     if(val&0x1) ui->ch_btn_0->setCheckState(Qt::Unchecked);      else ui->ch_btn_0->setCheckState(Qt::Checked);     if(val&0x2) ui->ch_btn_1->setCheckState(Qt::Unchecked);      else ui->ch_btn_1->setCheckState(Qt::Checked);     if(val&0x4) ui->ch_btn_2->setCheckState(Qt::Unchecked);      else ui->ch_btn_2->setCheckState(Qt::Checked);     if(val&0x8) ui->ch_btn_3->setCheckState(Qt::Unchecked);      else ui->ch_btn_3->setCheckState(Qt::Checked); } void MainWindow::on_ch_led_0_stateChanged(int arg1) {     if(arg1==Qt::Checked) m_io_val|=0x1;     else m_io_val&=0xe; } void MainWindow::on_ch_led_1_stateChanged(int arg1) {     if(arg1==Qt::Checked) m_io_val|=0x2;     else m_io_val&=0xd; } void MainWindow::on_ch_led_2_stateChanged(int arg1) {     if(arg1==Qt::Checked) m_io_val|=0x4;     else m_io_val&=0xb; } void MainWindow::on_ch_led_3_stateChanged(int arg1) {     if(arg1==Qt::Checked) m_io_val|=0x8;     else m_io_val&=0x7; }

3.2 UsbManager.c

在此程序中实际上定义了2个类分别是UsbManager和UsbDevice故名思意，UsbManager是对UsbDevice进一步的管理。在上面的UsbManager::getInstance();函数调用的时候就会首先打开USB设备。这里注意驱动inf文件里面的gui需要和程序里面的GUID一致，否作无法正常打开设备。

#include <windows.h> #include "UsbManager.h" #include "UsbCommon.h" #include <QDebug> #include "QThread" #include <iostream> #include <initguid.h> DEFINE_GUID(GUID_DEVINTERFACE_FOR_FTDI_DEVICES,          0x219d0508, 0x57a8, 0x4ff5, 0x97, 0xa1, 0xbd, 0x86, 0x58, 0x7c, 0x6c, 0x7e); UsbManager* UsbManager::mInstance = NULL; UsbManager::UsbManager(void) {          UsbDevice *device = new UsbDevice(NULL);          device->openDevice(0);          mDeviceList.push_back(device); } UsbManager::~UsbManager(void) {          for (int i = 0; i < mDeviceList.size(); i++)          {                    delete mDeviceList.at(i);          } } UsbManager * UsbManager::getInstance() {          if (mInstance==NULL)          {                    mInstance = new UsbManager();          }          return mInstance; } bool UsbManager::sendData( int device /*=0*/, uchar *data, long& length ) {     UCHAR buff[4096];     memcpy(buff,data,length);     if (device<mDeviceList.size())     {         bool result = mDeviceList.at(device)->sendData(data,length);         return result;     }     return false; } bool UsbManager::recvData( int device /*=0*/,uchar* buff, long& length ) {          if (device<mDeviceList.size())          {                    return mDeviceList.at(device)->recvData(buff,length);          }          return false; } bool UsbManager::deviceIsOpen( int device ) {          if (device<mDeviceList.size())          {                    return mDeviceList.at(device)->isOpen();          }          return false; } void UsbManager::resetDevice( int device ) {          if (device<mDeviceList.size())          {                    mDeviceList.at(device)->reset();          } } void UsbManager::destoryInstance() {          if (mInstance)          {                    delete mInstance;                    mInstance = NULL;          } } void UsbManager::openUsbDevice( int device ) {          if (device<mDeviceList.size())          {                    mDeviceList.at(device)->reOpen();          } } UsbDevice::UsbDevice( QObject *parent )     :ftHandle(NULL)          ,ftStatus(FT_INVALID_HANDLE) { } UsbDevice::~UsbDevice() {          FT_Close(ftHandle); } void UsbDevice::openDevice( int dev ) { //FT_INVALID_HANDLE          USHORT uwVID = 0;          USHORT uwPID = 0;          GUID DeviceGUID[2] = { 0 };          memcpy(&DeviceGUID[0], &GUID_DEVINTERFACE_FOR_FTDI_DEVICES, sizeof(GUID));          ftStatus = FT_Create(&DeviceGUID[0], FT_OPEN_BY_GUID, &ftHandle);          if (FT_FAILED(ftStatus))          {                    std::cout << "open fail" << std::endl;                    return ;          }          ftStatus = FT_GetVIDPID(ftHandle, &uwVID, &uwPID);          if (FT_FAILED(ftStatus))          {                    FT_Close(ftHandle);          } } bool UsbDevice::sendData( uchar *data, long& length ) {          if (ftStatus != FT_OK)          {                    return false;          }          unsigned long writenLen;          ftStatus = FT_WritePipe(ftHandle, 0x02, data, length, &writenLen, NULL);          bool result = true;          if (FT_FAILED(ftStatus) || writenLen != length)          {                    result = false;          }          return result; } bool UsbDevice::recvData( uchar* buff, long& length ) {          if (ftStatus != FT_OK)          {                    return false;          }          unsigned long readLen;          ftStatus = FT_ReadPipe(ftHandle, 0x82, buff, length, &readLen, NULL);          bool result = true;          if (FT_FAILED(ftStatus) || readLen != length)          {                    result = false;          }          length = readLen;          return result; } bool UsbDevice::isOpen() {          return ftStatus == FT_OK; } void UsbDevice::reset() {          if (isOpen())          {          } } void UsbDevice::reOpen() {          FT_Close(ftHandle);          openDevice(0); }

4、通过FPGA内嵌的逻辑分析仪查看数据，点亮LED0 LED1

在线逻辑分析抓到的数据

在线逻辑分析抓到的数据

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