最近學習了一段時間的FPGA，本帖用來記錄一下FPGA聯合ARM制作一個雙通道示波器的過程
一·總體設計
--------1.硬件部分
------------FPGA采用Altera Cyclone IV E 的 EP4CE10F17C8N ，采用BGA封裝共256引腳；
------------ARM芯片采用STM32F407IGT6，主頻168MHz；
------------ADC部分采用AD9280ARS高速8bitADC；
------------顯示部分采用7英寸TFTLCD屏幕；
--------2.軟件部分
------------FPGA負責顯示屏的顯示驅動和觸摸驅動，使用外拓展SDRAM作LCD的緩存；ADC芯片采樣后數據的處理；
------------ARM負責控制TFT的顯示,和上位機通訊；
------------FPGA和ARM采用FSMC總線進行通訊；
--------3.原理框圖
二，FPGA功能實現
--------FPGA主要模塊組成為復位信號產生，鎖相環倍頻，頻率測量和對ADC芯片轉換出的信號進行采樣，FSMC總線通信，LCD顯示和觸摸驅動
--------在RTL圖中
------------rst_ctrl為復位信號產生模塊，在系統開始后的十個周期后，向后級module發送高電平復位信號；
------------my_pll為FPGA內置鎖相環，輸入為25M系統時鍾，輸出為C0 : 100MHz用於示波器采樣基准頻率，C1 : 120MHz用於示波器采樣基准頻率 , C2 : 120MHz用於給外置SDRAM作時鍾，決定了SDRAM的讀寫速度 , C3:30MHz用於做LCD的像素CLK；
------------dso為數字示波器的采樣和頻率計算模塊，將前級ADC轉換電路得出的雙通道8bit數據按照字節采樣進addb寄存器內，由於前級ADC的轉換速率高達125MSPS，FPGA可用25MHz，100MHz，120MHz來提取寄存器addb內的任一字節，稱之為FPGA的采樣頻率，dso模塊的參數模式由dso_control寄存器控制，包括觸發沿選擇、采樣率選擇、通道開啟或關閉、直流或交流耦合選擇，xy軸分度等，ARM可通過FSMC總線來更改dso模塊的觸發模式和控制寄存器，FPGA通過FSMC向ARM發送采樣后的數據和測量出的當前頻率，ab_r和rd_clk分別為dso模塊掛載在fsmc總線上的地址和讀時鍾；
------------lcd為tft顯示屏的驅動模塊，包括SDRAM緩存操作、觸摸回饋數據傳遞、TFTLCD的控制，由於總線速度和SDRAM的讀寫速度不匹配，所以在數據進入SDRAM前添加FIFO模塊做數據緩沖，數據讀出SDRAM后添加RAM做緩存，其中wr_clk為fifo寫時鍾，tft_control是液晶LCD顯示控制寄存器，pwm_temp是液晶pwm調光亮度控制；
------------fsmc中rsn,AB,DB,WRn,RDn,CSn,NADV分別為ARM與FPGA通信中的地址線，數據線，寫信號，讀信號，片選信號和控制信號，其余信號為lcd或者dso的數據和地址通道;
三·ARM功能實現
--------ARM在此次設計過程中承擔的主要任務是控制中心，包括UI設計，亮度調節，示波器參數控制，任務切換等
------------程序開始后，延遲約1s時間，等待FPGA開始工作，1s過后，進行FSMC，USART，LCD顯示和觸摸驅動相關程序初始化，之后檢測FPGA就緒狀態，若就緒，就進行下一步，若不就緒，則進入while（1）並向串口發送error；
------------整個GUI設計采用STemWin，更改靜態儲存區分配內存大小和畫點函數就可以對LCD屏幕進行UI界面設計和波形繪制；
------------初始化結束后的while（1）中，主要包含兩個進程，dso_process和display_process，dso進程用來通過觸摸反饋獲取當前示波器參數變量，計算電壓峰峰值，平均值，頻率，實時獲取子菜單變量值等，而display負責顯示不同菜單和繪制波形；
四·波形效果
--------使用高頻信號源產生vpp=3.3V，fre=1KHz的方波，用示波器觀察到的現象如下
------------所用平台為ICORE3雙核心實驗板；
------------本次設計的核心內容為FPGA底層驅動的實現，ARM與FPGA之間的FSMC總線通信，STemWin用戶圖形界面設計；
------------本次設計的難點在於，系統的實時性。系統總體設計采用FPGA+ARM，使用FPGA是為了實現信號高速采樣和處理，雙核心設計既保證了邏輯控制和媒體顯示，也保證了高速信號傳輸，整個系統的實時性由ARM和FPGA共同完成，保證了從采樣到顯示，從觸摸到反饋的實時資源調用。