【一步一步设计Vivado IP】制作随机输出IP

添加IP repo的方法:

工程打开后->Flow Navigator->PROJECT MANAGER->Settings->IP->Repository->IP Repositories->点击加号->选中IP所在的目录(可以选上级目录,它会自动查找子目录IP)->OK->OK;即可被Vivado的IP Catalog使用。

建议看本文前,先阅读Vivado IP Integrator: Using TTCL

本文设计一个IP,它具有以下功能:

  • 它有32bit位宽;
  • 每次综合生成的值不一样,但可以追溯这个值;

本次设计平台:Vivado2017.2 @ Windows7 x64;

第一步打开Vivado,建立一个Dummy工程;

第二步,建立一个空目录,在目录内建立以下几个文件:

  • top_wrapper.v

module top_wrapper(output [31:0] data);

    top inst(.data(data));
endmodule
    <
<think>我们正在设计一个误码检测系统,其中FIFO IP核可能用于数据缓冲或比较。误码检测通常涉及发送已知数据模式,接收后与原始数据比较。FIFO在这里可能用于存储原始数据(发送端)和接收数据(接收端),然后进行比较。 设计思路: 1. 生成一个伪随机序列(如PRBS)作为测试数据源。 2. 将测试数据写入发送端FIFO(可选,如果系统需要缓冲)。 3. 通过某种信道(可能引入误码)传输数据。 4. 接收端将接收到的数据写入接收端FIFO。 5. 同时读取发送端FIFO(存储的原始数据)和接收端FIFO(接收到的数据),逐位比较,统计误码率。 在Vivado中配置FIFO IP核的步骤: 步骤1:打开Vivado工程,在IP Catalog中搜索FIFO Generator,双击打开。 步骤2:配置FIFO的基本参数: - Component Name:可以自定义,比如fifo_tx(发送端),fifo_rx(接收端)。 - FIFO Implementation: 选择Independent Clocks Block RAM(异步FIFO)或Common Clock Block RAM(同步FIFO)。根据设计需求,如果读写时钟不同则选择异步FIFO。 - 读写位宽(Data Port Parameters):根据数据位宽设置,比如8位、16位等。 - FIFO深度:根据数据量设置,深度要足够存储测试数据。 步骤3:配置其他选项: - 勾选Almost Full和Almost Empty信号(可选,用于流量控制)。 - 如果需要复位,配置复位信号(同步或异步)。 - 在Data Counts部分,可以选择是否使能读写数据计数(用于监控FIFO中的数据量)。 步骤4:在Summary中确认配置,点击OK生成IP核。 步骤5:在顶层模块中实例化FIFO IP核,并连接信号。 步骤6:设计误码检测逻辑: - 生成测试数据(例如PRBS生成器)并写入发送FIFO。 - 从发送FIFO读取数据,经过一个模拟信道(可以人为插入误码)传输到接收端。 - 接收端将数据写入接收FIFO。 - 同时从发送FIFO和接收FIFO读取数据(注意同步读取,即同一时刻读取同一位置的数据),并进行比较。 - 统计错误位数和总位数,计算误码率。 注意事项: - 异步FIFO的读写时钟不同,需要注意跨时钟域问题。在比较数据时,需要确保两个FIFO的读取速度一致,避免数据错位。可以使用相同的读时钟(如果可能)或者使用握手信号同步。 - 为了简化,也可以使用同一个时钟驱动两个FIFO的读写(同步FIFO),这样比较逻辑简单。 - 在比较时,需要确保两个FIFO同时有数据(即非空)才进行比较。 参考引用[3]提到异步FIFO的almost_empty和almost_full信号跨时钟域问题,在误码检测中,如果使用异步FIFO,需要特别注意这些控制信号的处理,避免亚稳态。可以使用两级寄存器同步。 下面是一个简单的比较逻辑的Verilog代码示例(假设使用同步FIFO,读写时钟相同): ```verilog // 假设clk和rst为全局时钟和复位 // 实例化发送FIFO和接收FIFO(同步FIFO,使用同一个时钟) fifo_generator_0 fifo_tx ( .clk(clk), // 写时钟和读时钟相同 .srst(rst), // 同步复位 .din(tx_data_in), // 发送FIFO写数据(来自PRBS生成器) .wr_en(tx_wr_en), // 发送FIFO写使能 .rd_en(tx_rd_en), // 发送FIFO读使能(连接到比较模块的读请求) .dout(tx_data_out), // 发送FIFO读数据 .full(tx_full), .empty(tx_empty) ); fifo_generator_0 fifo_rx ( .clk(clk), .srst(rst), .din(rx_data_in), // 接收FIFO写数据(来自信道) .wr_en(rx_wr_en), // 接收FIFO写使能(来自信道的有效信号) .rd_en(rx_rd_en), // 接收FIFO读使能(连接到比较模块的读请求) .dout(rx_data_out), // 接收FIFO读数据 .full(rx_full), .empty(rx_empty) ); // 比较控制逻辑 reg compare_en; reg [31:0] error_count; reg [31:0] total_count; // 当两个FIFO都不为空时,读取数据进行比较 assign tx_rd_en = !tx_empty && !rx_empty && compare_en; assign rx_rd_en = !tx_empty && !rx_empty && compare_en; always @(posedge clk) begin if (rst) begin error_count <= 0; total_count <= 0; end else begin if (tx_rd_en && rx_rd_en) begin // 同时读使能 total_count <= total_count + 1; if (tx_data_out != rx_data_out) begin error_count <= error_count + 1; end end end end // 误码率 = error_count / total_count ``` 注意:以上代码仅为示例,实际应用中需要根据具体设计调整。 另外,为了测试,可以在信道中人为插入误码,例如以一定概率翻转数据位。 参考引用[2]提到回环测试,我们可以将发送端直接连接到接收端(内部回环)来测试,然后人为插入误码模块,观察误码检测是否有效。 总结配置步骤: 1. 根据需求配置FIFO类型(同步/异步)和参数。 2. 在设计中实例化FIFO并连接。 3. 设计数据生成模块(如PRBS)、误码插入模块(用于测试)和比较模块。 4. 进行仿真验证。 相关问题: §§相关问题§§ 1. 在Vivado中如何配置FIFO的异步复位信号? 2. 如何设计一个PRBS生成器用于误码检测? 3. 在误码检测系统中,如何处理异步FIFO的跨时钟域问题?</think>### 在Vivado中使用FIFO IP核实现误码检测 在误码检测系统中,FIFO IP核主要用于数据缓冲和跨时钟域同步,确保发送端和接收端数据能正确对齐比较。以下是配置步骤和设计要点: #### 一、FIFO IP核配置步骤 1. **打开IP Catalog** 在Vivado工程中,点击"IP Catalog",搜索"FIFO Generator"。 2. **基础参数配置** - **FIFO类型**:选择"Independent Clocks Block RAM"(异步FIFO) - **读写位宽**:根据数据位宽设置(如8/16/32位) - **FIFO深度**:根据数据速率设置(建议≥1024) - **复位类型**:选择"异步复位"(Asynchronous Reset) ```mermaid graph LR A[选择异步FIFO] --> B[设置位宽和深度] B --> C[使能数据计数] ``` 3. **关键信号使能** - 勾选"Data Counts"(读写数据计数) - 勾选"Almost Full/Empty"(流量控制) - 勾选"Overflow/Underflow"(错误检测) 4. **跨时钟域设置** - 写时钟域:连接发送端时钟 - 读时钟域:连接接收端时钟 - 使能"Handshake"模式(避免亚稳态)[^3] #### 二、误码检测系统设计 ```mermaid graph TB 发送端[发送端 PRBS生成器] -->|写入| FIFO1[发送FIFO] FIFO1 -->|读取| 信道[模拟信道] 信道 -->|写入| FIFO2[接收FIFO] FIFO2 -->|读取| 比较器[数据比较器] FIFO1 -->|同步读取| 比较器 比较器 --> BER[误码统计模块] ``` 1. **核心模块连接** ```verilog // 发送FIFO实例化 fifo_tx fifo_tx_inst ( .wr_clk(tx_clk), // 发送端时钟 .rd_clk(comp_clk), // 比较器时钟 .din(prbs_data), // PRBS生成数据 .wr_en(prbs_valid), .rd_en(comp_rd), // 比较器读取使能 .dout(tx_data_sync) // 同步化发送数据 ); // 接收FIFO实例化 fifo_rx fifo_rx_inst ( .wr_clk(rx_clk), // 接收端时钟 .rd_clk(comp_clk), // 比较器时钟 .din(rx_data), // 信道接收数据 .wr_en(rx_valid), .rd_en(comp_rd), .dout(rx_data_sync) // 同步化接收数据 ); // 误码比较器 always @(posedge comp_clk) begin if (comp_rd) begin error_bit <= (tx_data_sync ^ rx_data_sync); error_count <= error_count + error_bit; end end ``` 2. **关键设计要点** - **时钟同步**:比较器使用独立时钟域,通过FIFO隔离异步时钟[^3] - **流量控制**:利用`almost_full`暂停PRBS生成,避免溢出 - **误码统计**:通过`data_count`确保比较数据对齐 - **错误注入**:可在信道模块添加可控误码生成器测试系统 #### 三、调试与验证 1. **ILA调试** 添加ILA核监控: - FIFO的`wr_data_count`和`rd_data_count` - 比较器的`error_bit`信号 - FIFO的`overflow/underflow`标志 2. **测试场景** - **正常模式**:发送端直接连接收端(零误码) - **误码模式**:在信道中注入10⁻⁴~10⁻⁶误码 - **压力测试**:FIFO深度90%时验证流量控制 > ⚠️ 注意:异步FIFO的读写时钟需满足最小频率比(通常≥1:4或4:1),否则需添加数据速率匹配模块[^3]。
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