Help progetto FPGA

[Francesco]

Ciao

mi trovo a dover creare un semplice (si fa per dire) progetto che sfrutti la DE1, una scheda che monta un cyclone II di Altera.
Il software che devo utilizzare è Quartus ver. 13 e linguaggio verilog hdl.

Idee???
Il progetto deve sfruttare anche la possibilità di implementare nella scheda un microprocessore NIOS II.
Io pensavo ad un registratore e poi riproduttore di suoni.

idee, consigli???
Help non so da dove cominciare
Grazie

[Leonardo]

Ciao Francesco,

Se riesci a reperire il libro "EMBEDDED SOPC DESIGN WITH NIOS II PROCESSOR AND VERILOG EXAMPLES" è ottimo per iniziare (esiste anche una versione VHDL del libro). Seppur è riferito a SOPC Builder (il predecessore di QSys) puoi ancora utilizzarlo senza problemi. Te lo consiglio caldamente.

Agli inizi è molto utile anche il tutorial ufficiale: http://www.altera.com/literature/tt/tt_nios2_hardware_tutorial.pdf

Qui invece trovi tutta la documentazione disponibile per NIOS II (anche avanzata): http://www.altera.com/literature/lit-nio2.jsp

Ti consiglio inoltre gli University Program IP Cores (in pratica delle librerie) che ti faciliteranno la valutazione della scheda: http://www.altera.com/education/univ/materials/comp_org/ip-cores/unv-ip-cores.html

Il progetto che ti proponi è sicuramente interessante, non scordarti di leggere il manuale della DE1

Buono studio

[Francesco]

Ciao Leonardo

grazie mille dei consigli...per prima cosa cercherò subito il testo che mi hai consigliato.
Nel frattempo mi darò una bella letta al tutorial ufficiale Altera così magari mi chiarisco qualche idea.
Due cose però volevo chiederti
- tra l'utilizzo di Verilog o VHDL quale dei due linguaggi a tuo avviso è più adatto alla programmazione del DE1...Cerco di spiegarmi meglio, utilizzando Verilog ho fatto qualche bel lavoretto di accensione spegnimento led, contatore su display ecc...ma vedo da tutorial o simili che VHDL sembra avere delle potenzialità maggiori, nel senso che includendo delle librerie all'inizio si evitano un sacco di righe di testo neccessarie invece in Verilog.
- University program IP Cores, le famose librerie, io non ho capito bene come devono essere usate...Prendiamo per esempio quella audio...brancolo nel buoi di codice su codice senza sapere bene che farmene

[Leonardo]

Entrambi i linguaggi sono potenzialmente equivalenti, Verilog è maggiormente diffuso oltremare, in europa si predilige VHDL. Entrambi i linguaggi hanno dei pro e dei contro ma personalmente ho scelto VHDL per i miei progetti.

Se nel tuo progetto non devi implementare un componente custom scritto in HDL da agganciare a NIOS potresti non avere bisogno di scrivere una riga di codice Verilog o VHDL. Altrimenti oltre a scrivere un componente dovrai studiare l'interfaccia Avalon (almeno la MM-Slave).

Gli University Program IP Cores una volta installati tramite l'Installer che trovi nella pagina che ti avevo linkato aggiungono dei componenti già pronti in QSys che ti risparmiano molto lavoro nell'interfacciarti alle periferiche presenti sulla tua scheda.

Prendiamo ad esempio l'audio, la FPGA non ha ingressi e uscite analogiche atte a registrare e riprodurre l'audio, sulla tua scheda per questo hai un chip siglato WM8731. Per poterlo utilizzare dovresti leggere il suo datasheet e capire come utilizzare la sua interfaccia digitale, scrivere del codice o un componente in HDL che rispetti tutte le tempistiche temporali necessarie e scrivere un driver per il processore NIOS.

Tra gli University Program IP Cores trovi invece già pronto un componente "Audio Core" documentato nella pagina dove trovi l'installer, che permette di utilizzare una semplice interfaccia Memory Mapped per il suo utilizzo da NIOS.
Dietro le quinte implementa FIFO, Serializzatori, Deserializzatori, etc.. tutto lavoro che ti risparmia.
Fornisce inoltre un driver (delle funzioni C) che permettono di astrarre ulteriormente la programmazione, disponi ad esempio di funzioni come alt_up_audio_play_r che semplicemente prende dati dei bytes in ingresso e li riproduce sul canale audio destro.

[deluca]

@francesco,
il progetto è universitario?
quanto tempo hai a disposizione per completarlo?

[Francesco]

Cavolo

grazie mille per le dritte, finalmente un po più di chiarezza su cosa sono queste Univerity Program IP Cores...
Ora ci do uno sguardo e vediamo se riesco a tirarci fuori qualcosa di buono.
Se non ho capito male, correggetemi se sbaglio, dovrei utilizzare il protocollo di comunicazione I2C sia per l'acquzisione del dato che per la sua uscita...ma anche questo "blocchetto" dovrei trovarlo già sviluppato...

Si il progetto è universitario, sono studente di ingengeria elettronica, ma non frequento in quanto sono lavoratore da anni e il conseguimento della laurea triennale mi serve per un miglioramento in ambito lavorativo.
Diciamo che mi ritrovo a studiare di notte.
Tempistica per completare questo progetto, anche il più rudimentale possibile purchè funzionanate, ahime meno di un mese

[Leonardo]

Se non ho capito male, correggetemi se sbaglio, dovrei utilizzare il protocollo di comunicazione I2C sia per l'acquzisione del dato che per la sua uscita...ma anche questo "blocchetto" dovrei trovarlo già sviluppato...

Il chip WM8731 ha un'interfaccia di controllo (I2C) che usi per configurare il chip e un'interfaccia audio digitale (che può essere I2S, Right/Left Justified o DSP mode in base a come configuri il chip) che serve per leggere e scrivere il flusso l'audio.

L' audio core ti evita di avere a che fare con queste interfacce che altrimenti dovresti capire e implementare, compito non difficilissimo ma time-consuming se sei alle prime armi. Ti nasconde tutti questi dettagli e ti permette di lavorare con un'interfaccia astratta scrivendo e leggendo lo spazio di memoria della CPU (interfaccia Memory-Mapped) o ancora meglio con delle semplici funzioni C da chiamare che dietro le quinte però utilizzano l'interfaccia Memory-Mapped.

[Francesco]

HELP....

sto provando a seguire il tutorial ufficiale ALTERA per il NIOS II ad andava tutto bene finchè non sono arrivato alla compilazione (pag 33 del tutorial)
Mi sono comparsi un sacco di errori dei quali non so nemmeno da dove cominciare a risolverli... Mi sapreste aiutare?Ho allegato un file dei messaggi

Ah altra cosa in questo tutorial dicono di assegnare in PIN a quello che loro chiamano PLD CLOCKINPUT, io ho asseganto il PIN L1 del clock a 50mhz ho fatto giusto?

Non mi è chiaro poi come continui il tutorial, a cosa serve NIOS II SBT for ECLIPSE?
Nel senso io mi sono creato il mio blocchetto composto da più componenti con QSYS, come faccio a dirgli cosa devono fare e come?

Grazie infinite

ps... Sto dando di matto

[Leonardo]

Alcuni componenti richiedono la licenza che puoi comprare (=$$$) oppure puoi comunque provare i componenti con delle limitazioni temporali trascurabili per il tuo progetto.

L'errore è relativo alla licenza dell'IP (Intellectual Property) Nios II.

Invece dell'errore dovresti avere un messaggio simile a
Warning (12188): OpenCore Plus Hardware Evaluation feature is turned on for the following cores ..

Per un qualche motivo hai disabilitata la prova dei componenti con licenza.

In Quartus II nel menù Assignments scegli Settings / Compilation Process Settings e cliccando sul pulsante More Settings cerca "Disable OpenCore Plus hardware evaluation" e seleziona Off.

Per quanto riguarda il clock giustamente l'oscillatore nella tua scheda è collegato ad L1, hai impostato correttamente il parametro, controlla anche che lo standard sia impostato ad LVTTL.

NIOS II SBT for ECLIPSE semplicemente è una versione customizzata di Eclipse per programmare NIOS II, e si utilizza proprio per dire cosa fare ai vari "blocchetti" tramite il programma C/C++ che si compilerà e caricherà nella FPGA.

[Leonardo]

Hai risolto così facendo il problema?

[Francesco]

Ciao

purtroppo il problema non sono riuscito a risolverlo ma penso sia dovuto a componenti licenziati che la mia versione software non riesce a gestire.

Dopo qualche giorno di lavoro e lettura anche del libro da te Leonardo consigliato ho provato a mettere giù una configurazione per il NIOS II che forse mi può essere sufficiente per quello che devo fare (registrare suoni dalla linea MIC-IN REC START e REC STOP con lo stesso tasto es. KEY1 nella memoria SDRAM e riprodurli alla pressione del tasto PLAY es. KEY2 attraverso la linea LINE-OUT.
Il tasto KEY0 dovrebbe servire da RESET per l'intero sistema.
Qui di seguito vi allego il file di qsys e il file bdf che sono riuscito a fare.

Fatemi sapere che ne pensate, se avete consigli o dritte sono come sempre ben accette, qui il tempo stringe.
Ho poi capito come funziona l'Altera Monitor Program, devo scrivere del codice in C da dare in pasto al processore, ma, in teoria devo anche utilizzare molto codice già pronto giusto?

Grazie mille
Francesco

Non riesco a inserire allegati ne .qsys ne .bdf....
Qui allego due immagini del .bdf nel prossimo post allego le tre immagini del file qsys

[Francesco]

ecco qui...

Spero riusciate ad aiutarmi il tempo diventa sempre meno

grazie infinite

[Leonardo]

Personalmente tendo ad utilizzare Eclipse al posto dell' Altera Monitor Program

Allega un link al progetto zippato (tutti i file) che puoi caricare su servizi come dropbox, onedrive, google drive, etc..

[Francesco]

https://www.dropbox.com/s/g0hvw46glsmi9 ... 5.rar?dl=0

ecco qui...
dovrebbe esserci tutto il neccessario
PEr quanto riguarda altera monitor program piuttosto che Eclipse a me non fa differenza, la cosa che mi preoccupa è che adesso dopo aver forse capito come configurare il NIOS II con tutto quello che (almeno spero) mi serve per il mio progetto mi sono arenato di nuovo, non so più che fare,come fare, se devo utilizzare file già compilati da Altera o altro...

io continuo a ringraziarti per l'aiuto che mi stai dando

[Leonardo]

La compilazione nel mio sistema non da errori di licenze. Utilizzo Quartus 13.0 SP1 Web Edition con talkback abilitato.

Ad ogni modo vedo che stai iniziando ad ingranare, molto bene.

Ecco alcune note:

- In QSys i timing della SDRAM non sono ben tarati, potresti avere dei problemi ad usare la memoria esterna. Esiste un template atto proprio a testare la memoria in Eclipse, potresti provarlo.

- Non è necessario collegare all' Instruction Master tutti i componenti, bastano le memorie dove la CPU reperirà le istruzioni del programma (e il componente JTAG per il debug).

- Se hai notato nel report la voce TimeQuest Timing Analyzer diventa rossa, questo indica dei potenziali problemi. Devi creare un file SDC ed aggiungerlo al progetto contenente i vincoli temporali. Il più importante è la frequenza del clock del tuo sistema. Come fa a sapere che frequenza emette l'oscillatore sulla tua scheda altrimenti? Il discorso dei timing è abbastanza complex però, in prima battuta puoi limitarti proprio alla frequenza dei clock se il componente generatore di clock della SDRAM attua già di suo eventuali compensazioni richieste.

Adesso come potrai notare in Eclipse hai due progetti, Prova_tutorial_5 e Prova_tutorial_5_bsp.

Nel BSP hai in sostanza delle definizioni e delle funzioni di basso livello generate automaticamente che puoi richiamare da Prova_tutorial_5.

Seppur il BSP è generato inizialmente automaticamente puoi in qualche modo configurarlo tramite il NIOS II BSP Editor. Ti consiglio visto che non è appurato che la SDRAM funzioni correttamente di utilizzare la memoria on-chip per tutte le sezioni del programma che compilerai. Devi andare nelle impostazioni del Linker nel BSP Editor e cambiare la Linker Region Name da sdram a onchip_mem per tutte le voci.

Ricordati di generare il BSP dopo ogni modifica hw del tuo sistema (con Quartus o QSys per intenderci), altrimenti il compilatore te lo ricorderà con degli errori.

Procedendo per gradi come primo passo devi riuscire ad avere un blink dei led funzionante sulla scheda.

- Ho notato che scrivi manualmente gli indirizzi mappati in memoria delle periferiche (es. PIO), se in QSys cambi l'address map poi cosa fai? Ti butti? In system.h hai delle definizioni che vengono generate automaticamente dal file di QSys, terminante con _BASE, ad esempio

Code: Select all

#define LEDG_BASE 0x1109020
#define LEDR_BASE 0x1109040
..

che contengono proprio l'indirizzo base della periferica nell'address map. Nel codice ti consiglio di utilizzare queste definizioni al posto dell'indirizzo diretto.

Poi per poter utilizzare le funzionalità del core audio come prima cosa devi aggiungere

Code: Select all

 #include "altera_up_avalon_audio.h"

Nel BSP nella cartella drivers/inc troverai questo file.

Nel datasheet del componente audio core ( ftp://ftp.altera.com/up/pub/Altera_Material/13.0/University_Program_IP_Cores/Audio_Video/Audio.pdf ) trovi poi tutte le informazioni che ti servono e un esempio di codice completo.

In alternativa è possibile fare come stai facendo nel codice allegato, scrivendo e leggendo direttamente nello spazio di memoria associato al core audio, però prima ti consiglio di utilizzare le routine già scritte e testate di Altera

Buon divertimento
Ciao

[legacy]

altera monitor program piuttosto che Eclipse a me non fa differenza

sono due software mattone che, non solo richiedono computer con n-mila core ed m-mila gb di ram, che sopratutto prima di iniziare ad essere produttivi impegnano non poca malizia, vuoi per l'OS che li ospita (1), vuoi per la mano di chi li usa.

cosa ne penso io ? che per un progettino della triennale tu hai esagerato a dire poco, ho poco diciamo zero tempo e voglia di assumere oneri didattici e/o di controllare il tuo lavoro, ho gia' i miei casini, quindi mi limito a dirti

in bocca al lupo


(1) certe cose (tipicamente tutto quanto e' metafile) funzionano meglio su linux che su windows, e su linux dipende MOLTO dalla distribuzione, ovvero da java e dal suo corredo, e qui c'e' la malizia dell'apt-get di fix del caso, su windows c'e' la stessa malizia, te lo dico dopo essere passato da diverse esperienze lavorative, molte delle quali su versioni customizzate di eclipse, p.e. WindRiver, che ha dato non poche roghe (metadata di progetto schiantati, errori strani incomprensibili che sparivano pulendo i metadata, e cose voodoo) e che ha richiesto circa 3 mesi 8 ore al giorno sopra, mentre si lavorava al progetto, per iniziare a rodare in modo efficace, dove sapevi cosa fare, come farlo, come non farlo, e come star dietro ai vari casini che eclipse fa di suo, giusto per farti capire anche i tempi.

[Francesco]

purtroppo il progetto mi è stato diciamo "imposto"...
Devo utilizzare il NIOS II e delle periferiche, quella AUDIO mi è stata consigliata vivamente dal docente.
Purtroppo io 8 ore sopra le spendo in una settimana e il tempo è poco perciò sto cercando di renderlo il più semplice possibile ma almeno funzionante.

Leonardo, ricordi il testo che mi hai consigliato "EMBEDDED SOPC DESIGN WITH NIOS II PROCESSOR AND VERILOG EXAMPLES", (immagino che tu ce l'abbia consultabile), se vai al capitolo 19 vedo che parla di un progetto di AUDIO CODEC CONTROLLER dove acquisizie, mette in un buffer il segnale e poi lo da in uscita.
Lui ci fa un sacco di cose per la video ecc ecc, ma secondo te quello che trovo scritto li può fare al cas mio?
Mi spaventa molto trovare 5 pagine e più di codice scritto....

[legacy]

si ma che cavolo di senso ha dare il mega progettone senza fornire base alcuna ?
io proprio non capisco

tra l'altro "sistemi embedded" base ed avanzato si fa nella specialistica, tu al triennio manco li hai visti, quantomeno non formalmente, e ti metti a fare un sistema embedded molto ma molto complesso, cosi', giusto perche' all'ennesimo prof-simpatia piaceva sbrodolarti addosso il suo ego-malato

la cosa ironica e' che ti daranno (forse) 7 punti su 7 (o forse meno), come a chi si presenta con l'albero di natale lampeggiante (arduino? sistema embedded !!!), ma corredato da slide e documentazione molto + fique della tua per il semplice fatto che tu esaurirai tutto il tempo in mera attività di manovalanza, mentre l'altro candidato … avrà tutto il tempo di fare publishing (che in sede di colloquio finale, per la bizzarrie delle strane leggi universitarie, conta molto di +)

il senso di tutto ciò come al solito mi sfugge, facciamo le cose perche' boh, rinnovo gli auguri, e torno alle mie faccende

[Leonardo]

Il libro spiega nel dettaglio come realizzare un controller audio e il relativo driver. Spiega dal principio il funzionamento del codec WM8731, come scrivere in HDL un componente per utilizzarlo e il relativo driver.

Sarebbe sicuramente tutto molto interessante ma viste le tempistiche che hai ( e così come è buon pratica nelle FPGA anche nei progetti è sempre meglio tenersi un buon slack ) ti ripeto ulteriormente: utilizza per ora il core audio dell'Altera univ program, ti evita la scrittura del codice HDL e del driver. Te li da già Altera pronti e testi. Ti devi limitare a seguire l'esempio che trovi nel datasheet del core audio che ti riporto visto che mi sembra che non hai capito.

Code: Select all

#include "altera_up_avalon_audio.h"
int main(void)
{
alt_up_audio_dev * audio_dev;
/* used for audio record/playback */
unsigned int l_buf;
unsigned int r_buf;
// open the Audio port
audio_dev = alt_up_audio_open_dev ("/dev/Audio");
if ( audio_dev == NULL)
alt_printf ("Error: could not open audio device \n");
else
alt_printf ("Opened audio device \n");
/* read and echo audio data */
while(1)
{
int fifospace = alt_up_audio_read_fifo_avail (audio_dev, ALT_UP_AUDIO_RIGHT);
if ( fifospace > 0 ) // check if data is available
{
// read audio buffer
alt_up_audio_read_fifo (audio_dev, &(r_buf), 1, ALT_UP_AUDIO_RIGHT);
alt_up_audio_read_fifo (audio_dev, &(l_buf), 1, ALT_UP_AUDIO_LEFT);
// write audio buffer
alt_up_audio_write_fifo (audio_dev, &(r_buf), 1, ALT_UP_AUDIO_RIGHT);
alt_up_audio_write_fifo (audio_dev, &(l_buf), 1, ALT_UP_AUDIO_LEFT);
}
}
}

Questo è tutto il codice che dovrai scrivere ad esempio per fare l'echo dell'audio in ingresso sull'uscita audio. Non dovrai fare altro lato software. Lato hardware invece farai tutto tramite QSys a colpi di mouse.

Non è specificato ma "/dev/Audio" è il nome che viene dato al componente audio che nel tuo caso è "/dev/audio_0".

Dal file system.h infatti trovi:

Code: Select all

#define ALT_MODULE_CLASS_audio_0 altera_up_avalon_audio
#define AUDIO_0_BASE 0x1109010
#define AUDIO_0_IRQ 0
#define AUDIO_0_IRQ_INTERRUPT_CONTROLLER_ID 0
#define AUDIO_0_NAME "/dev/audio_0"
#define AUDIO_0_SPAN 16
#define AUDIO_0_TYPE "altera_up_avalon_audio"

Ti consiglio però di utilizzare indirettamente la definizione AUDIO_0_NAME

Puoi estendere l'esempio per acquisire qualche secondo di audio, magari sulla SRAM, per poi riprodurlo e ultimare così il tuo progetto.
Non possiamo però scriverti il codice completo, ti diamo un aiuto iniziale ma poi devi metterti in gioco tu.

Se poi hai tempo, e in base alle richieste dall'alto che ricevi, ad esempio se devi scrivere un tuo componente in HDL, ti consiglio vivamente di leggere con calma il libro dall'inizio e provare tutti gli esempi che propone per padroneggiare gradualmente ed in modo più completo la materia.

PS: Dalle screenshoot mi sembra che utilizzi Windows XP, sinceramente non ricordo più se è supportato in Quartus 13, che non fosse quella la causa dei problemi di licenza..

[Francesco]

Sto provando a seguire il tuo consiglio Leonardo, sto utilizzando Eclipse e le funzioni precompilate di Altera ma ho dei problemi...
riuscite ad aiutarmi a sistemare gli errori che vi allego???

forse mi manca qualcosa? Io lancio il comando Built Project puntando la cartella con il nome del progetto
Grazie mille per la pazienza