至芯科技ZX-2开发板测评_施楠

施楠 · 发表于 2014-4-19 13:51:57

首先感谢至芯科技给我一个机会接触与学习FPGA虽然时间不长但论坛里大量的教学视频与信息量让我受益匪浅，尽管现在还不是怎么会但是我相信在今后的日子里至芯科技会让我有所收获。

FPGA的发展：
   当今，半导体市场格局已成三足鼎立之势，FPGA，ASIC和ASSP三分天下。市场统计数据表明，FPGA已经逐步侵蚀ASIC和ASSP的传统市场，并处于快速增长阶段。在全球市场中，Xilinx、Altera两大公司对FPGA的技术与市场仍然占据绝对垄断地位。两家公司占有将近90%市场份额，专利达6000余项之多，而且这种垄断仍在加强。同时，美国政府对我国的FPGA产品与技术出口进行苛刻的审核和禁运，使得国家在航天、航空乃至国家安全领域都受到严重制约。因此，研发具有自主知识产权的FPGA技术与产品对打破美国企业和政府结合构成的垄断，及国家利益意义深远。

本次测试主要过程
1，学会读懂并使用VERILOG语言编写简单程序；
2，学会使用Quartus 并用MODESIM进行仿真；
3，用自己结合的知识对FPGA进行进一步的学习与应用；
4，对评测结果进行总结。

本次评测的主要内容
1，通过已经掌握的知识通过FPGA进行图像处理的中值滤波算法，并进行仿真；
2，对仿真过程中遇到的问题且怎样解决的对学友进行评述。

ZX-2开发板主要芯片、功能模块和接口简述：

1. 四个轻触按键
2. 蜂鸣器
3. Sdram  是现代的HY57V281620A
4. 138 译码的数码管，译码芯片为74H138
5. VGA接口
6. PS2 键盘接口
7. USB 转串口接口
8. 30pin 外接IO ，间距为2.54mm 的接插件
9. AS接口用于烧写FPGA配置FLASH 。
10.  Jtag 调试接口，用于调试 FPGA
11.  FPGA主芯片
12.  DA数模转换芯片是TI 公司的TLC5620
13.  AD模数转换芯片是TI 公司的TLC549 ，电位器来控制AD的模拟电压输入
14.  EEPROM  存储器
15.  4 个LED 灯

通过FPGA进行图像中值滤波处理：
一，建立中值滤波仿真电路图

二，利用verilog语言编写中值滤波代码并用modesim进行仿真，仿真波形图如下所示

从以上波形可以看出中值滤波是正确实现了的，并且还可以看出延时。（图中红色框标注的是对应的输入和输出）
三，对中值滤波仿真结果进行实例验证如下图

可以看出通过滤波图像清晰度有明显改善。

仿真过程中遇到的问题及解决方法：
  我在做中值滤波仿真的时候代码出现错误，警告写的是alera_mf无法被找到，相信很多像我一样的新手都会遇到这种情况，出现这种情况ModelSim就不能直接进行仿真，而QuartusII又不支持Tesbbench的仿真，所以为了在ModelSim中仿真就必须将Altera的这些仿真库添加到ModelSim中。下面就为大家解决这个问题，步骤如下：
1.设置仿真库路径
打开ModelSim安装目录新建文件夹altera，我们就在该目录下存放预编译的各种Altera库。启动ModelSim 在主窗口执行【File】/【Change Directory】命令将路径转到altera文件夹。或在命令行中执行cd D:/ModelSim/Installfiles/altera（这是我的安装目录）。
2.新建库
Quartus II中提供的仿真库文件存放的路径是...\altera\80\quartus\eda\sim_lib，每个库文件提供了两种形式：.v(Verilog)格式和.vhd(VHDL)格式两种，根据你所用的语言选择使用。用于编译资源库的文件有220model.v 220model.vhd，220pack.vhd，altera_mf.v，altera_mf.vhd，altera_mf_components.vhd，altera_primitives.v，altera_primitives.vhd，altera_primitives_components.vhd文件。网上的很多教程都是把这些文件一起编译，这样适用于Verilog和VHDL混合仿真，但如果只用一种语言，如Verilog则完全没必要全部编译。下面以该目录下的altera_mf.v为例介绍建立预编译库的方法。
在主窗口中选择【File】/【New】/【Library】命令，新建一个名为altera_mf的库。

3.编译库
方便起见在altera文件夹下新建目录src，把用于编译资源库的文件复制到src文件夹中。在主菜单中选【Compile】/【Compile】命令，弹出Compile Source Files对话框，library中选择你刚才建立的库名altera_mf，查找范围你选择altera_mf.v文件，刚才你已经把它复制到了...\altera\src目录下。执行编译命令

继续按照步骤2和3中介绍的方法添加剩下的几个库。添加完成后如下图所示。

4.配置modelsim.ini文件
这一步是为了将前面建立的库添加进系统库，以后就不用再重复添加了。ModelSim安装根目录下的配置文件modelsim.ini的只读属性去掉，用记事本或其他文本编辑程序打开。在[Library]下修改前面添加的库的路径。注意修改后关闭并改回只读属性。
注：第1步设置的仿真库路径必须在ModelSim的安装目录下才能事业能够此相对路径。
altera_primitives = $MODEL_TECH/../altera/altera_primitives
220model = $MODEL_TECH/../altera/220model
altera_mf = $MODEL_TECH/../altera/altera_mf

5.添加Altera底层硬件原语仿真库(ATOM)
在时序仿真时，必须加载所使用到的对应于具体Altera器件的底层硬件原语的仿真库(ATOM)。
  上面编译了Altera三个资源库文件：220model.v,altera_mf.v,altera_primitives.v,编译通过之后。根据我们选用的具体器件型号继续编译我们所需要的器件底层原语仿真库文件，比如我们选择使用的是cycloneii，所以编译cycloneii_atoms.v。
另外，在进行仿真的时候，还要注意将上述已经编译的相关库添加到当前的工程中，以便相关lpm之类的核的调用，操作如下：在Start Simulation窗口的libraries一栏下进行添加，如图：

然后再选择work目录中当前工程的顶层实体进行仿真即可。若是要进行时序仿真，则还应在SDF一栏进行.sdo延时文件的添加。

总结：
至芯科技这次的活动让我学到了很多知识，也让我认识到了自己的不足，虽然我是个新手但也深深了解到了FPGA的强大，同时也明白要学会直到精通FPGA不是一朝一夕的事情，需要付出很大的努力才能有所收货，不过我相信在至芯科技的帮助下我最终会有所收获。

haozix521 · 发表于 2014-4-19 14:21:32

哇，高级啊。研究生？

施楠 · 发表于 2014-4-19 15:18:04

haozix521 发表于 2014-4-19 14:21
哇，高级啊。研究生？

额是啊其实我也是菜鸟啊

haozix521 · 发表于 2014-4-19 16:07:18

施楠发表于 2014-4-19 15:18
额是啊其实我也是菜鸟啊

你那个中值滤波是怎么实现的？verilog代码？这东西要怎么写出来啊

Cehng · 发表于 2014-4-20 10:52:29

新手来学习学习，目测lz很强大啊，还有用来处理的那个灰度图像好经典

施楠 · 发表于 2014-4-20 11:09:43

Cehng 发表于 2014-4-20 10:52
新手来学习学习，目测lz很强大啊，还有用来处理的那个灰度图像好经典

我是用FPGA+DSP做图像处理的这不是刚刚学嘛一团乱麻

Cehng · 发表于 2014-4-20 11:17:38

请问lz是用什么方法把中值找出来的？

施楠 · 发表于 2014-4-20 11:56:13

中值滤波其实是最简单的方法以3X3窗口为例共9个像素值将他们以像素值大小依次排列从大到小从小到大都可以将最中间的像素值替代3x3窗口中的最中间值如果排列最中值与窗口最中值相差较大就保留窗口最中值

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