学习内容

本文介绍关于AXI BRAM控制器的相关内容，针对数据量较少、地址不连续、长度不规则的情况，通过 BRAM 来进行数据的交互。

开发环境

vivado 18.3&SDK，PYNQ-Z2开发板。

AXI BRAM控制器

简介

BRAM控制器可以用于与 AXI 互连和系统主设备的集成，以与本地块 RAM 进行通信。内核支持到块 RAM 的单次和突发传输，并针对性能进行了优化。AX14或AX14- lite控制器配置中，可以配置到BRAM块的单个端口或到BRAM块的两个端口。通过第二个AX14-Lite控制端口连接，AXI BRAM控制器IP可以在数据路径上配置ECC功能，并通过可用的外部ECC寄存器设置。AXI BRAM Controller IP核的顶级端口连接和主模块如下图所示。展示了AX14-Lite模式下，AXI BRAM核心与BRAM块的连接。可以利用BRAM块的单端口利用率或BRAM块的双端口模式(通过参数设置)。

下图展示了为支持AX14接口而生成的HDL核心。对BRAM块的单端口使用可以配置在双端口配置中增强的性能设置。，详细结构框图如下：

所有与axis主设备的通信都是通过一个5通道的axis接口进行的。所有写操作都在AXI总线的写地址通道(AW)上启动，该通道指定了写事务的类型和相应的地址信息。写数据通道(W)为单个或突发写操作通信所有写数据。写响应通道(B)用作写操作的握手或响应。

在读操作上，当AXI主程序请求读传输时，读地址通道(AR)通信所有地址和控制信息。当可以处理读操作时，AXI从AXI BRAM控制器IP响应读地址通道(AR)。当读取数据可用时，读数据通道(R)将转换操作的数据和状态。

支持内存大小

AXI BRAM Controller支持的内存最大为2mbytes(字节大小为8或9)，支持的内存宽度和深度如表1-1所示。

AXI BRAM Controller IP支持的最小深度为512字节。任何小于512的深度都被调整为512字节。

系统框图与工程设计

工程功能设计为PS 将串口接收到的数据写入 BRAM，然后从 BRAM 中读出数据，并通过串口打印出来；与此同时， PL 从 BRAM 中同样读出数据，并通过 ILA 来观察读出的数据与串口打印的数据是否一致。系统框图如下：

硬件平台搭建

新建工程，创建 block design。

配置ZYNQ7

添加ZYNQ7 IP，对zynq进行初始化配置，勾选配置uart资源，

使能clock复位和 M_GP0接口，

配置时钟，

配置BRAM控制器和BRAM

接着配置BRAM控制器，基本是默认配置。

配置BRAM

连接连线后系统如下，

设计读取控制模块

首先点击tools创建一个新的IP，

选择创建一个AXI4接口的IP。

编辑IP名称等信息，设计IP的接口信息，

点击finish，完成IP创建。

在IP目录下找到自己创建好的IP，右键进行IP的编辑。

在顶层进行例化ram接口。

在AXI总线协议实现的文件中添加IP的例化，实现AXI-Lite接口的功能进行参数的传递。

这里引用正点原子的BRAM的读取模块，bram_rd.v

module bram_rd(
    input                clk        , //时钟信号
    input                rst_n      , //复位信号
    input                start_rd   , //读开始信号
    input        [31:0]  start_addr , //读开始地址  
    input        [31:0]  rd_len     , //读数据的长度
    //RAM端口
    output               ram_clk    , //RAM时钟
    input        [31:0]  ram_rd_data, //RAM中读出的数据
    output  reg          ram_en     , //RAM使能信号
    output  reg  [31:0]  ram_addr   , //RAM地址
    output  reg  [3:0]   ram_we     , //RAM读写控制信号
    output  reg  [31:0]  ram_wr_data, //RAM写数据
    output               ram_rst      //RAM复位信号,高电平有效
);


//reg define
reg  [1:0]   flow_cnt;
reg          start_rd_d0;
reg          start_rd_d1;


//wire define
wire         pos_start_rd;


//*****************************************************
//**                  main code
//*****************************************************


assign  ram_rst = 1'b0;
assign  ram_clk = clk ;
assign pos_start_rd = ~start_rd_d1 & start_rd_d0;


//延时两拍，采start_rd信号的上升沿
always @(posedge clk or negedge rst_n) begin
    if(!rst_n) begin
        start_rd_d0 <= 1'b0;   
        start_rd_d1 <= 1'b0; 
    end
    else begin
        start_rd_d0 <= start_rd;   
        start_rd_d1 <= start_rd_d0;     
    end
end


//根据读开始信号,从RAM中读出数据
always @(posedge clk or negedge rst_n) begin
    if(!rst_n) begin
        flow_cnt <= 2'd0;
        ram_en <= 1'b0;
        ram_addr <= 32'd0;
        ram_we <= 4'd0;
    end
    else begin
        case(flow_cnt)
            2'd0 : begin
                if(pos_start_rd) begin
                    ram_en <= 1'b1;
                    ram_addr <= start_addr;
                    flow_cnt <= flow_cnt + 2'd1;
                end
            end
            2'd1 : begin
                if(ram_addr - start_addr == rd_len - 4) begin  //数据读完
                    ram_en <= 1'b0;
                    flow_cnt <= flow_cnt + 2'd1;
                end
                else
                    ram_addr <= ram_addr + 32'd4;              //地址累加4
            end
            2'd2 : begin
                ram_addr <= 32'd0; 
                flow_cnt <= 2'd0;
            end
        endcase    
    end
end


endmodule

创建引脚接口，选择任意一个BRAM引脚，创建封装

设置接口和名称，

完成接口映射。

然后点击完成IP封装。

完成系统设计

完成IP的创建后，添加IP，完成连线，整体设计如下图所示：

然后在完成综合后进行setup debug ，抓取b端口有关的信号。

完成添加DEDUG信号后，进行综合生成bit流，然后导出硬件，launch SDK。

SDK软件部分

新建应用工程，main.c中输入以下代码：

#include "xil_printf.h"
#include "stdio.h"
#include "xbram_hw.h"
#include "ps_pl_rd_ip.h"
#include "xparameters.h"


#define PL_BRAM_START  PS_PL_RD_IP_S00_AXI_SLV_REG0_OFFSET
#define PL_BRAM_START_ADDR PS_PL_RD_IP_S00_AXI_SLV_REG1_OFFSET
#define PL_BRAM_LEN PS_PL_RD_IP_S00_AXI_SLV_REG2_OFFSET
#define PS_PL_BASEADDR XPAR_PS_PL_RD_IP_0_S00_AXI_BASEADDR


#define START_ADDR  0
#define BRAM_DATA_BYTE 4
char input_data[1024];
int len_input_data;
int main(){
  while(1){
    int i=0;
    int wr_cnt=0;
    printf("ps_pl_bram test
");
    scanf("%s",input_data);
    len_input_data= strlen(input_data);
    for(i = START_ADDR*BRAM_DATA_BYTE;i<(START_ADDR + len_input_data)*BRAM_DATA_BYTE;i+=BRAM_DATA_BYTE)
    {
      PS_PL_RD_IP_mWriteReg(XPAR_BRAM_0_BASEADDR,i,input_data[wr_cnt]);
      wr_cnt++;
    }
    //配置起始地址
    PS_PL_RD_IP_mWriteReg(PS_PL_BASEADDR,PL_BRAM_START_ADDR,START_ADDR*BRAM_DATA_BYTE);
    //配置读取长度
    PS_PL_RD_IP_mWriteReg(PS_PL_BASEADDR,PL_BRAM_LEN,len_input_data*BRAM_DATA_BYTE);
    //使能脉冲
    PS_PL_RD_IP_mWriteReg(PS_PL_BASEADDR,PL_BRAM_START,1);
    PS_PL_RD_IP_mWriteReg(PS_PL_BASEADDR,PL_BRAM_START,0);
    for(i = START_ADDR*BRAM_DATA_BYTE;i<(START_ADDR + len_input_data)*BRAM_DATA_BYTE;i+=BRAM_DATA_BYTE)
    {
      printf("bram address : %d ,read data : %c
",i/BRAM_DATA_BYTE,PS_PL_RD_IP_mReadReg(XPAR_BRAM_0_BASEADDR,i));
    }
  }
}