FPGAOL

注意

本小节的相关内容是基于 FPGAOL v2.1 版本编写的。我们也会根据平台的更新情况修改本教程的内容。大家也可以阅读平台的介绍手册了解相应内容。

Tips

据内部消息，最新版本的 FPGAOL 即将开发完成，~~有希望本学期与大家见面~~（还剩下亿点 Bug 就弄好了）。

1.1 简介

FPGAOL（FPGA Online）是中国科学技术大学计算机教学实验中心组织开发的、基于 Web 端的线上硬件实验平台。用户可以远程访问平台部署好的 FPGA（Nexys 4 DDR）集群，上传本地生成好的比特流文件，并交互地控制 FPGA，实时获得 FPGA 的输出。需要指出的是，该结果是基于 FPGA 实际运行而非仿真产生的，所以可以确保结果与线下操作 FPGA 开发板的结果相同。同时，由于线上设备具备出色的采样性能，平台能够精确发现人眼难以观察到的信号变化，从而为用户快速调试程序提供便利。

单击上面的链接后，用户即可进入登录界面。科大校内学生请选择统一身份认证登录。

登录完成后，我们将进入下图所示的操作界面。

操作界面上，最为常用的是便是设备请求功能了。由于硬件资源有限，平台采用了限时请求的方式满足各位同学的使用需要。每名同学一次可申请 20 分钟的节点使用资源，超过时间后资源将被自动释放，继续使用则需要重新申请资源。考虑到我们在 FPGAOL 平台上主要是进行功能验证，因此 20 分钟的使用限时并不会带来较大影响。

点击 acquire 后，平台便会自动分配一个可用节点，并返回使用链接。用户单击链接即可跳转到相应的操控界面。如果已经使用完成，可以点击 release 释放已申请的节点。

1.2 ★ 外设

外设，又称外部设备，是指连在计算机主机以外的硬件设备。外设对数据和信息起着传输、转送和存储的作用，是计算机系统中的重要组成部分。

我们的 FPGA 开发板也连接着一些外设资源。这些资源通过特定的端口与 FPGA 芯片连接，实现高效的数据传输。

申请好节点后，我们会进入下图所示的界面。这里是我们与外设直接交互的渠道，按照类别可以分为如下内容：按钮、开关、数码管、LED 灯以及串口。我们将一一进行介绍。

1.2.1 按钮

FPGAOL 平台提供了一个按钮。按钮按下时向 FPGA 芯片输入高电平信号，松开时输入低电平信号。默认情况下，按钮处于松开状态。

我们一般使用一个 1bit 位宽的信号 btn 代表按钮。因此，正常情况下 btn 的值为 0，当按钮按下时，btn 的值为 1。

Tips：虚拟的按钮

为了方便用户操作，这里的按钮实际上是虚拟的。用户在网页端按下按钮后，平台会产生相应的信号送入 FPGA，而不是按下对应开发板上真正的机械按钮。

1.2.2 开关

FPGAOL 提供了八个不同的拨码开关。当开关被拨上去时，对应的管脚输出高电平；开关被拨下来时，对应的管脚输出低电平。

其工作原理如下图所示：

我们一般使用一个 8bits 位宽的信号 sw 代表开关输入，其中 sw[i] 对应编号为 i 的开关。例如：下图状态下的开关对应 sw 的值为 8'b00100010。

1.2.3 七段数码管

七段数码管本质上是由 8 个 LED（发光二极管）构成，其中 7 个 LED 组成数字本身，1 个 LED 组成小数点。所有 LED 的阴极共同连接到一端并接地，而阳极分别由 FPGA 的 8 个输出管脚控制。当输出管脚为高电平时，对应的 LED 亮起。如下图所示，通过控制 8 个 LED 的亮灭情况，七段数码管便能显示出不同的字符，例如，当 A ∼ F 的 6 个 LED 亮起，而 G、DP 两个 LED 熄灭时，数码管显示的便是字符 "0"。

在有多个数码管的情况下，我们通常采用分时复用的方式轮流点亮每个数码管，并保证在同一时间只会有一个数码管被点亮。对于当前点亮的数码管，我们会只传输其应当显示的内容。分时复用的扫描显示利用了人眼的视觉暂留特性，如果公共端的控制信号刷新速度足够快，人眼就不会区分出 LED 的闪烁，从而认为这些数码管是同时点亮的。一般而言，我们建议数码管的扫描频率为 50Hz，也就是说，如果要驱动 8 个数码管，需要一个 400Hz 的时钟。

平台上共有 8 个数码管，最左侧的编号为 7，最右侧的编号为 0。由于实验平台上的管脚数量有限，我们对数码管的显示方式进行了一定的简化：在使能方面，仅使能由 AN[2:0] 所表示的二进制数对应的数码管；在显示的数字方面，直接显示 D[3:0] 对应的 16 进制数。例如，若 AN = 3'b010，D = 4'b1010，则数码管在下标为 2 的数码管上显示字符 "A"。