esp32开发与应用（和高云FPGA的配合）

之前fpga只能国外做的时候，比如大家使用的altera，或者是xilinx的fpga，整体还是比较贵的。但是现在很多国产的fpga也是可以用起来了，价格也是非常亲民。另外，fpga使用的范围其实还是很多的，不只是大家认为的高速电路和复杂算法，在低端的上电、安全、信号互斥等领域其实也非常实用。

1、现在的fpga模块不贵

以高云fpga为例，大部分模块都不贵，很多1k的fpga甚至只有小几十元，而且是板载jtag下载电路的，比如sipeed模块。

2、低端fpga的应用场景

低端fpga，一般都是用在一些低频、非标的场合。比如说开机顺序的控制、安全关键领域、电机控制领域，还有就是一些监控领域。以监控领域为例，可以是fpga监控soc、mcu、电控和esp32，这就非常方便。

3、ide下载

如果是高云fpga，一般下载教育版本的ide即可，也就是gowin fpga designer。

4、烧入

一开始使用的时候，可以直接选择带jtag下载电路的模块即可。这个时候，我们编译完代码，就可以直接综合、分配管脚、时序约束、布局布线和下载了。ide上面有一个programmer，直接点击，就会弹出一个下载框，直接下载即可。

5、sram烧入和flash烧入

烧入的时候，注意有sram和flash两种烧入。前面一种，断电后就丢失了，后面一种断电后还能继续运行。

6、fpga开发的三个基本文件

首先肯定是代码文件，一般就是verilog或者是vhdl文件，目前普遍用verilog文件比较多。第二个就是管脚约束文件，gowin上面就是cst文件。最后一个就是时序约束文件，如果本身clk信号比较慢，可以不添加。这里给出一个v文件，

复制代码

module led (
    input sys_clk,
    input sys_rst_n,
    output reg [2:0] led // 110 R, 101 B, 011 G
);

reg [31:0] counter;

always @(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n) begin
    if (!sys_rst_n) begin
        counter <= 31'd0;
        led <= 3'b110;
    end
    else if (counter < 31'd1350_0000)       // 0.5s delay
        counter <= counter + 1;
    else begin
        counter <= 31'd0;
        led[2:0] <= {led[1:0],led[2]};
    end
end

endmodule

还有一个cst文件，

复制代码

//Copyright (C)2014-2021 Gowin Semiconductor Corporation.
//All rights reserved. 
//File Title: Physical Constraints file
//GOWIN Version: 1.9.8
//Part Number: GW1NZ-LV1QN48C6/I5
//Device: GW1NZ-1
//Created Time: Thu 09 16 14:45:08 2021

IO_LOC "led[2]" 11;
IO_PORT "led[2]" IO_TYPE=LVCMOS33 PULL_MODE=UP DRIVE=8;
IO_LOC "led[1]" 10;
IO_PORT "led[1]" IO_TYPE=LVCMOS33 PULL_MODE=UP DRIVE=8;
IO_LOC "led[0]" 9;
IO_PORT "led[0]" IO_TYPE=LVCMOS33 PULL_MODE=UP DRIVE=8;
IO_LOC "sys_rst_n" 13;
IO_PORT "sys_rst_n" IO_TYPE=LVCMOS33 PULL_MODE=UP;
IO_LOC "sys_clk" 47;
IO_PORT "sys_clk" IO_TYPE=LVCMOS33 PULL_MODE=UP;

至于时钟约束，可以这么写，

复制代码

create_clock -name sys_clk -period 37.037 -waveform {0 18.518} [get_ports {sys_clk}]

7、烧录的文件格式

一般就是fs文件。

8、仿真

编写verilog之前，最好先仿真一下。仿真的方法可以是modelsim这样的商业软件，也可以是iverilog这样的开源软件，都是可以的。

9、fpga的优势

如果用类似1k、4k这样低端的fpga，整体的成本都是可控的，但是fpga实现的功能却是mcu比拟不了的。比如说用在安全领域，它可以同时监控多个模块，即使每一个模块都是ttl，都没有关系的。还比如，它可以在信号领域实现安全绑定，比如透过与或非的形式，强制保证一些信号是互斥、互锁的。最后，就是fpga本身的并发优势，如果用mcu去监控，基本就是循环loop+中断的方式，而fpga就是并发检测，根本不是顺序执行的概念。

10、灵活处理fpga

esp32本身做业务比较合适，但是如果是底层信号，尤其是硬件级别的信号处理，其实用fpga是非常合适的。fpga并不适合做具体的业务，但是底层的加载、监控、互斥还是非常合适的。