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MA703FA FT600 USB3.0通信入门QT上位机简单读写FPGA

摘要: 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。对于MA703FA ...

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。

对于MA703FA开发板上IO有限，所以采用了FT600的芯片，FT600数据位宽是16bit是FT601Q 32bit的一半。因此程序上需要稍加改动后就能正常工作。

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。

`timescale 1ns / 1ps

module ft60x_top(

// system control

output USBSS_EN,//power enable

// FIFO interface

input CLK_i,

inout [15:0] DATA_io,

inout [1:0] BE_io,

input RXF_N_i, // ACK_N

input TXE_N_i,

output reg OE_N_o,

output WR_N_o, // REQ_N

output SIWU_N_o,

output reg 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 [15:0] rd_data;

(*mark_debug = "true"*) (* KEEP = "TRUE" *)wire [15:0] wr_data;

(*mark_debug = "true"*) (* KEEP = "TRUE" *)reg [31:0] rd_data_r;

(*mark_debug = "true"*) wire [1 :0] BE_RD;

(*mark_debug = "true"*) wire [1 :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 = (USB_S==2'd1) ? DATA_io : 16'd0;//read data dir

assign BE_RD = (USB_S==2'd1) ? BE_io : 2'd0;

assign DATA_io = (USB_S==2'd2) ? wr_data : 16'bz;// write data dir

assign BE_io = (USB_S==2'd2) ? BE_WR : 2'bz;// write data dir

assign BE_WR = 4'b1111;

assign wr_data = {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

(*mark_debug = "true"*) (* KEEP = "TRUE" *)reg data_en;

(*mark_debug = "true"*) (* KEEP = "TRUE" *)reg [1 :0] valid_r;

reg [31:0] rd_data_r;

always @(posedge CLK_i)begin

if(!rstn)begin

LED <= 4'b0000;

end

else if(data_en&&valid_r[1]) begin

LED <= rd_data_r[3:0];

end

always @(posedge CLK_i)begin

if(!rstn)begin

rd_data_r <= 32'd0;

valid_r <=2'b10;

data_en <= 1'b0;

end

else if(data_rd_valid) begin

data_en <= 1'b1;

valid_r <= {valid_r[0],valid_r[1]};

rd_data_r <= {rd_data,rd_data_r[31:16]};

end

else begin

rd_data_r <= 32'd0;

valid_r <=2'b10;

data_en <= 1'b0;

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

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

2:begin

WR_N_o <= 1'b0;

if(TXE_N_i) begin

USB_S <= 2'd0;

WR_N_o <= 1'b1;

end

3:begin

USB_S <= 2'd0;

end

endcase

end

Delay_rst #(

.num(20'hffff0)

)

Delay_rst_inst

(

.clk_i(CLK_i),

.rstn_i(1'b1),

.rst_o(rstn)

);

endmodule

以上代码中，上位机往下发的数据是32bit但是FPGA和FT600用户接口的数据只有16bit所以需要完成一次16bit转32bit。

always @(posedge CLK_i)begin

if(!rstn)begin

rd_data_r <= 32'd0;

valid_r <=2'b10;

data_en <= 1'b0;

end

else if(data_rd_valid) begin

data_en <= 1'b1;

valid_r <= {valid_r[0],valid_r[1]};

rd_data_r <= {rd_data,rd_data_r[31:16]};

end

else begin

rd_data_r <= 32'd0;

valid_r <=2'b10;

data_en <= 1'b0;

end

对于写数据到FT600依然可以采用默认的16bit，后面做传图的时候可以采用FIFO以16bit数据上传就可以了。

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

#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

#include "UsbManager.h"

#include "UsbCommon.h"

#include

#include "QThread"

#include

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);