【黑金原創教程】【FPGA那些事兒-驅動篇I 】【實驗一】流水燈模塊

實驗一：流水燈模塊

對於發展商而言，動土儀式無疑是最重要的任務。爲此，流水燈實驗做爲低級建模II的動土儀式再適合不過了。廢話少說，咱們仍是開始實驗吧。

圖1.1 實驗一建模圖。

如圖1.1 所示，實驗一有名爲 led_funcmod的功能模塊。若是無視環境信號（時鐘信號還有復位信號），該功能模塊只有一組輸出端，亦即4位LED信號。接下來讓咱們來看具體內容：

led_funcmod.v

1.    module led_funcmod

2.    (

3.         input CLOCK, RESET,

4.         output [3:0]LED

5.    );

以上內容爲出入端聲明。

6.         parameter T1S = 26'd50_000_000; //1Hz

7.         parameter T100MS = 26'd5_000_000; //10Hz

8.         parameter T10MS = 26'd500_000; //100Hz

9.         parameter T1MS = 26'd50_000; //1000Hz

10.         

以上內容爲常量聲明。分別是1秒至1毫秒。

11.         reg [3:0]i;

12.         reg [25:0]C1;

13.         reg [3:0]D;

14.         reg [25:0]T;

15.         reg [3:0]isTag;

16.         

17.         always @ ( posedge CLOCK or negedge RESET )

18.             if( !RESET )

19.                  begin

20.                         i <= 4'd0;

21.                         C1 <= 26'd0;

22.                         D <= 4'b0001;

23.                         T <= T1S;

24.                         isTag <= 4'b0001;

25.                    end

26.              else

以上內容是相關的寄存器聲明以及復位操做。寄存器i用來指向步驟，寄存器C1用來計數，寄存器D用來暫存結果和驅動輸出，寄存器T用來暫存計數量，isTag則用來暫存延遲標籤。

27.                case( i )

28.                

29.                      0:

30.                      if( C1 == T -1) begin C1 <= 26'd0; i <= i + 1'b1; end

31.                      else begin C1 <= C1 + 1'b1; D <= 4'b0001; end

32.                      

33.                      1:

34.                      if( C1 == T -1) begin C1 <= 26'd0; i <= i + 1'b1; end

35.                      else begin C1 <= C1 + 1'b1; D <= 4'b0010; end

36.                      

37.                      2:

38.                      if( C1 == T -1) begin C1 <= 26'd0; i <= i + 1'b1; end

39.                      else begin C1 <= C1 + 1'b1; D <= 4'b0100; end

40.                      

41.                      3:

42.                      if( C1 == T -1) begin C1 <= 26'd0; i <= i + 1'b1; end

43.                      else begin C1 <= C1 + 1'b1; D <= 4'b1000; end

44.                      

45.                      4:

46.                      begin isTag <= { isTag[2:0], isTag[3] }; i <= i + 1'b1; end

47.                      

48.                      5:

49.                      if( isTag[0] ) begin T <= T1S; i <= 4'd0; end

50.                      else if( isTag[1] ) begin T <= T100MS; i <= 4'd0; end

51.                      else if( isTag[2] ) begin T <= T10MS; i <= 4'd0; end

52.                      else if( isTag[3] ) begin T <= T1MS; i <= 4'd0; end 

53.                      

54.              endcase        

55.        

56.        assign LED = D;

57.            

58.    endmodule

以上內容爲是核心操做以及輸出驅動聲明。步驟0~3用來實現流水燈效果。最初，每一個步驟的停留時間是 1秒，而後步驟0~3按順序執行便會產生流水效果。步驟4是用來切換模式，步驟5則是根據isTag的內容再爲 T寄存器載入不一樣的延遲內容，如 [0] 延遲1秒，[1] 延遲100毫妙，[2] 延遲10毫妙，[3] 延遲1毫妙。默認下爲模式0（第24行），既延遲1秒（第23行）。

這個實驗所在意的內容根本不是實驗結果而是低級建模II自己。倘若比較《建模篇》的流水實驗，低級建模I與低級建模II之間是有明顯的差距。首先，低級建模II不再見計數器或者定時器等周邊操做。再者，低級建模II的整合度很高，例如步驟0~3：

1.           0:

2.          if( C1 == T -1) begin C1 <= 26'd0; i <= i + 1'b1; end

3.          else begin C1 <= C1 + 1'b1; D <= 4'b0001; end 

4.          1:

5.          if( C1 == T -1) begin C1 <= 26'd0; i <= i + 1'b1; end

6.          else begin C1 <= C1 + 1'b1; D<= 4'b0010; end          

7.          2:

8.          if( C1 ==T -1) begin C1 <= 26'd0; i <= i + 1'b1; end

9.          else begin C1 <= C1 + 1'b1; D <= 4'b0100; end          

10.          3:

11.          if( C1 == T -1) begin C1 <= 26'd0; i <= i + 1'b1; end

12.          else begin C1 <= C1 + 1'b1; D <= 4'b1000; end

代碼1.1

內容如代碼1.1所示，步驟0~3每一個步驟示意一段完整的小操做，例如步驟0爲4’b0001保持一段時間，步驟1爲4’b0010保持一段時間，步驟2~3也是如此。其中 -1也考慮了步驟切換的時間。假設流水間隔要求1毫妙，那麼每一個步驟都會準確無誤停留50000個時鐘。事實上，步驟0也能夠換成比較方便的寫法，如代碼1.2所示：

1.        reg [3:0] D = 4’b0001;  

2.        ......

3.        0,1,2,3：

4.        if( C1 == T -1) begin D <= { D[2:0], D[3] }; C1 <= 26'd0; i <= i + 1'b1; end

5.        else begin C1 <= C1 + 1'b1; end

代碼1.2

代碼1.2表示，只要寄存器D準備好初值，例如 4’b0001，那麼步驟0~3均可以共享一樣的操做，如此一來會大大減小行數，節省空間。好奇的同窗必定以爲疑惑，既然代碼1.2的寫法那麼方便，反之筆者爲什麼要選擇代碼1.1的寫法呢？緣由很單純，那是爲了清晰模塊內容，以至咱們容易腦補時序。感受上，二者雖然都差很少，可是咱們只要仔看，咱們便會發現 ... 代碼1.2它雖然書寫方便，但是細節模糊並且內容也不直觀。

在此，筆者須要強調！低級建模II雖然有整合技巧讓操做變得更加便捷，不過比起整合它更加註重表達能力以及清晰度。這樣作的關鍵是爲了發揮主動思想，以便擺脫無謂的仿真。因此說，若是讀者想和低級建模II做朋友，建模以前應該優先考慮內容的清晰度，而不是內容的精簡性。若是內容即精簡又直觀，這種狀況固然是最好的結果。

至於實驗一是沒有仿真的必要，由於內容足夠直白，這種程度足以腦補時序。最後筆者還要說道，實驗一雖然沒有什麼學習的價值，可是實驗一要表達的信息也很是清楚，即低級建模II是注重清晰，直觀的建模技巧。此外，實驗一也能夠做爲學習的熱身。