Blogun Son Durumu

Buraya bir seyler eklemedigim 4 yildan fazla olmus. Artik evde FPGA ile ugrasmiyorum. Tezimi yazmayi bitirip sunduktan sonra bir sure is disinda elektronik ile ugrasmamaya karar verdim. Hatta bir sure iste bile elekronik ile ugrasmadim :) Sonra Ankara'dan Istanbul'a tasindim. Tasindiktan sonra bir sure MSP430 ile ilgilendim ama bloga yazacak kapsamda bir seyler yapmadim. Ilerleyen zamanlarda ilgimi hobi elektronigi yerine baska konulara kaydirdim. O yuzden bu blogum sadece FPGA arsivi niteliginde olacak. Blogumda anlattigim programlarin linkleri su an kiriklar. Bunlari da guncellemeyecegim cunku galiba kodlari kaybettim :( Belki bu blogun konusunu degistirerek tekrar kullanirim ama FPGA veya elektronik ile ilgili paylasimlarim olmayacak. Hala elektronik ile ilgili bir iste (severek) calisiyorum ama isimdeki elektronik bana yetiyor :)

DE0 Eklenti Karti

Bu aralar tezimle ilgilendigim icin FPGA ile ilgilenemiyorum. Az olan bos vakitlerimde, kart ile ilgili gelecekte ne yapabilirim diye dusunurken aklima DE0 icin eklenti karti yapmak geldi. Kartin uzerindeki 40 pinlik konnektore baglanacak, sinyallere, guc kaynaklarina kolayca ulasabimemi saglayacak, evde test yapmami kolaylastirecek bir kart cizip urettirmeyi dusunuyorum.

Kart ile ilgili aklima gelen bazi notlar

• 2 katli olacak
• 40 pine dogrudan erisebilecegim 40 pinlik disi header olacak
• Ftdi kablosunu baglayabilecegim header olacak
• Digilen Inc'in Pmodlarini takabilecegim headerlar olacak
• Guc kaynaklarina kolayca erisebilecegim headerlar olacak

Simdilik aklima gelenler bunlar. Karti nerede urettirecegime karar vermedim. Kart ile ilgili her turlu oneriye acigim.

Rs232 ile RAM Kontrol

Bundan sonra yapacagim projelerin bilgisayar ile iletisimini cok kolaylastiracak bir proje yaptim. Rs232 ile fpga icindeki bir RAM'e yazma ve okuma yapabilen bir modul yazdim. Bu sayede rs232 ile fpga icinde kontrol edebilecegim onlarca register olacak.

Modulun icinde 2 portlu bir RAM var. Hem bilgisayar, hem de fpga uzerinde calisacak devre RAM'e okuma yazma yapabiliyor.

Bu projede mikroislemcilerin hafiza organizasyonundan esinlendim. Ornegin asagidaki sekilde pic16F877'nin hafiza organizasyon semasinin bir kismi var.

Pic'in icindeki RAM'in bazi adresleri belli amaclar icin atanmis. Ben de bundan sonraki projelerimde RAM'in adreslerine ihtiyaclarima gore gorevler atayip ustteki sekildekine benzer sekilde kullanabilecegim. Ornegin basit bir sayac uygulamasi icin; RAM'in 00inci adresini baslangic degeri, 01inci adresi bitis degeri ve 03uncu adresin 0inci bitini de basla sinyali olarak belirleyip sayac modulunu de buna gore olusturursam tamamen bilgisayar kontrollu bir sayac yapmis olurum. Sayac, saymayi bitirdiginde 04uncu adresin 0. bitini 1 yaparsa ve bilgisayardan 04uncu adresi okursam bu sayede sayacin saymayi bitirdigini anlayabilirim ve fpga'den bilgisayara bilgi aktarimi da yapabilirim.

Modulun blok semasi asagidaki sekildeki gibi.

Modul, 3 alt modulden olusuyor. RS232 modulunu onceden yapmistim. RAM, her hucresi 18 bitlik 16 adreslik, fpga'in icindeki dff'lerden olusan basit bir sram. Normal bir sram'den farki: 16 adresteki her datayi paralel olarak disari cikardim. Bu sayede "custom logic" olarak gosterdigim bloktaki modul, ram'i okumak icin fazladan bir is yapmayacak.

Ram interface modulu, Rs232 modulu ile ram arasindaki iletisimi kontrol ediyor. Rs232 modulunden gelen data 1 byte (8 bit), ram modulunden gelen data ise 3 byte (r/w(1) + adres(4) + data(18) = 23) oldugu icin bu module ihtiyac var. Bu modul ayni zamanda bilgisayardan yollanan komutu cozumleyip gereken isleri yapiyor. Bu modulun icinde 3 tane durum makinasi var. Biri ram bilgisini 3'e parcalayip rs232 modulune yolluyor, digeri rs232'den gelen 3 byte'i birlestirip ram'e yolluyor, sonuncusu ise bu iki durum makinasini kontrol ediyor.

Kendi belirledigim komut bicimi

r/w(1) + bos(1) + adres(4) + data(18) = 24 bit

seklinde. r/w biti bilgisayarin ram'e yazma mi okuma mi yapacagini gosteriyor. Eger yazma yapacaksa ram interface modulu ram'e datayi yazmak icin gerekli sinyalleri olusturuyor. Eger okuma yapilacaksa, ram interface modulu ram'den datayi okuyup, bilgiyi 3'e parcalayip rs232 modulune yolluyor. Durum makinalarinin calisma sekli koda bakilarak daha iyi anlasilabilir, kodun icinde bolca yorum yazdim.

Test icin yazdigim test modulunde, hangi portlarin, DE0 kartinda nerelere bagli oldugu kodun icinde yaziyor. Hangi anahtar nereyi kontrol ediyor, hangi led nereye bagli gibi.

Yaptigim modulu denemek icin bilgisayarda seri port uzerinden data yollayip okuyacak bir programa ihtiyacim vardi. Python'da basit bir kod yazdim. Kod sirasiyla okuma-yazma, adres ve data soruyor. Bu 3unu birlestirip rs232 icin 3 byte'a bolup sirasiyla yolluyor. Eger okuma secilmisse, 3 byte okuyor ve okudugu degerleri ekrana basiyor. Kod, nasil kullanilacagi konusunda kullaniciyi yonlendiriyor zaten. Basit olmasi icin data 255'ten buyuk secilemeyecek sekilde yazdim. Arayuz, ihtiyaca gore uygun sekilde duzenlenebilir.

Kullandigim kod

#python ram control with rs232
#08.12.2010
import serial

print("RAM RS232 Python Program")

ser = serial.Serial('/dev/ttyUSB0', 19200, timeout=10)

while True:
    #input
    rw = input('Is it read(1) or write(0)? ')
    if rw == 2: break
    addr = input('Enter the address (<16) ')
    data = input('Enter data (<256) ')

    byte1 = chr(int(rw)*128 + int(addr)*4)
    byte2 = chr(0)
    byte3 = chr(data)

    print 'Data is', ord(byte1), ord(byte2), ord(byte3)

    ser.write(byte1)
    #input('byte1 is send')
    ser.write(byte2)
    #input('byte 2 is send')
    ser.write(byte3)
    print 'Data is send'

    if rw == 1:
        print 'Data is now reading'
        rbyte1 = ser.read()
        rbyte2 = ser.read()
        rbyte3 = ser.read()
        print 'Read data is', ord(rbyte1), ord(rbyte2), ord(rbyte3)

ser.close()

Program kodlarina buradan erisilebilir.

Ftdi VCP Sürücüleri ile Seri Iletisim

Libftdi kullanarak yaptıgim seri iletişimi ftdi'in VCP (Virtual Com Port) sürücüleri kullanarak da yaptım.

VCP kullanmamın sebebi, C dışında başka dillerle de ftdi çipini kullanmak istemem. Önceleri libftdi kullanmamın bana daha esneklik vereceğini düşünüyordum. Fakat neredeyse her programlama dili ile pc'nin seri portuyla (com port) konuşabilirim. Libftdi gibi ozellesmis bir kutuphane yerine cok daha yaygin olarak kullanilan seri port kutuphaneleri ile is yapmak daha mantikli.

VCP'yi yuklemek icin ftdi'in web sitesinden suruculeri indirdim. make komutunu dedigim zaman  

cc1: fatal error: /lib/modules/2.6.35-22-generic/build/include/linux/modversions.h: No such file or directory

diye hata verdi. Biraz arastirdigimdan anladigim kadari ile bu dosya daha eski linux versiyonlarinda buluyormus (Su an Ubuntu 10.04 kullaniyorum). http://ftdi-usb-sio.sourceforge.net/#sec6 adresinde eger vcp dogru yuklenmisse su sekilde anlayabilirsiniz diyor. Yazilanlari yaptigimda dogru yuklendigini gordum :)

Vcp'yi kullanmak icin C yerine python dili ile bir program yazdim. Python'da seri iletisim icin pySerial modulu gerekiyor. Kurulum icin http://pypi.python.org/pypi/pyserial adresindeki modulu indirdim. Kurulumun nasil olacagi indirilen klasorun icinde de yaziyor. Indirdigim klasore gidip

sudo python setup.py install 

komutunu verdigimde kurulum tamamlaniyor.

http://pyserial.sourceforge.net/shortintro.html adresindeki kucuk orneklere bakarak fpga'e data yollayip alabilen bir program yazdim. Program cok kisa oldugu icin buraya yaziyorum.


#python serial read-write
import serial

#baud rate = 19200, timeout = 10 sec
ser = serial.Serial('/dev/ttyUSB0', 19200, timeout=10)
ser.write("5")
x = ser.read()
print(x)
ser.close()

Artik de0 kartina bilgisayardan komut gonderebiliyor ve kartin tepkisini okuyabiliyorum. Bundan sonra komut alma/verme isini kolaylastiran bir komut cozucu yazacagim. 

Altera DE0 - Seri Konfigurasyon Cipi (EPCS) Programlama

DE0'in uzerinde 4 kbitlik ozel bir seri flash var. Altera'nin dokumanlarindaki adi Serial Configuration Device, EPCS diye kodlaniyor. DE0'da 4 kbitlik modeli oldugu icin kodu epcs4. Karta guc verildiginde, eger programlama anahtari Run konumundaysa fpga epcs'deki konfigurasyonu yukluyor. Karti her baslattigimda, kartta, fabrikada yuklenen test programini gormek istemedigim icin epcs'yi kendi istegime gore programlamak istedim.

Epcs'yi programlamak icin DE0'in kullanim kilavuzunda bir bolum var (sayfa 20-21) ama orada yazanlari yapmak yeterli degil. Sadece orada yazanlar yapilirsa epcs'yi programlanamiyor. Zaten bu yaziyi yazma sebebim kullanim kilavuzunda ve internette bununla ilgili eksiksiz bir kaynak olmamasi.

Altera'nin fpga'in icine yuklenen konfigurasyon dosyasinin uzantisi .sof. Xilinx'te bu .bit idi. Fakat bu .sof dosyasi fpga icin, bunu epcs icin olacak sekilde degistirmek gerekiyor. Bunun icin quartus'ta

• File->Convert Programming Files

tiklamak gerekiyor. Acilan yeni pencerede yapilmasi gereken ayarlar:

• Programming file type -> Programmer Object File (.pof)
• Configuration Device -> ECPS4
• Input files to convert -> "SOF data'ya tikla" -> Add File -> cevirilecek .sof dosyasini sec

Bende bu islemlerden sonra pencerenin goruntusu soyle: 

Generate diyip .pof dosyasini olusturdum.

Ikinci adim yaratilan bu .pof dosyasini epsc4'e yazmak. Bunun icin quartus'tan programmer'i aciyorum. Cikan ekranda yapilacak degisiklikler soyle:

• Hardware Setup -> USB Blaster
• Mode -> Active Serial Programming -> Cikan ekrana 'Yes'
• Enable real-time ISP to allow background programming (for Max2 devices) sec
• Add Device -> EPCS4 -> OK
• Cikan sembole tikla -> Change file -> .pof dosyasini sec
• Program/Configure secenegini sec
• Start

Start'a basmadan once ekran goruntusu soyle

Bu adimlari izledikten sonra epcs4'u programlayabildim ve kart her acilisinda artik saat uygulamasi ile basliyor.

PC-FPGA RS232 ile iletisim - 2

Fpga'de calisan koda ek olarak bilgisayarda da calisan bir yazilima ihtiyac var. Ftdi ciplerinin kontrol edilebildigi iki kutuphane mevcut: D2XX kutuphanesi ve libftdi kutuphanesi. Bunlardan ilki ftdi'in hazirladigi kutuphane ve acik kaynak kodlu degil. Fakat dokumantasyonu guzel. Libftdi ise acik kaynak kodlu ama dokumantasyonu kotu. Onceleri libftdi kullaniyordum. Bu defa dokumantasyonu daha iyi oldugu icin d2xx kullanmaya niyetlendim ama ubuntuda kutuphaneyi yuklemeyi beceremedim. Libftdi ise ubuntunun "repository"lerinde var ve cok kolay yukleniyor. Herhangi bir paket programiyla (synaptic, aptitude vs..) yuklenebiliyor. Lbftdi fonksiyonlari hakkinda bilgi sahibi olunabilecek belki de tek yer kutuphanenin dokumantasyon web sitesi. http://www.intra2net.com/en/developer/libftdi/documentation/index.html adresindeki sitede her fonksiyonla ilgili kisa aciklamalar var. Ayrica kutuphaneyi kurduktan sonra /usr/share/doc/libftdi-dev/examples klasoru altinda 5-6 tane ornek kod var. Orneklerden simple.c ve serial_read.c kodlari cok yardimci oldu.

Program deneme programi oldugu icin faydali bir seyler yazmaya calismadim. Program 100 kere donen bir dongu icinde once klavyeden girilen sayiyi yolluyor, sonra fpgaden gelecek datayi bekliyor. Data geldiginde ise o degeri ekrana basiyor.

Program 3 esas kisma ayrilabilir: baslangic, yazma ve okuma. Su an yazilimi anlattigim icin yazma ve okuma tanimlarini yazilimin bakis acisindan yaziyorum. Ornegin cikis dedigim yazilimdan fpga'e giden demek.

Baslangic kisminin buyuk kismini ftdi'in bilgisayara kurdugu examples klasorundeki simple.c programindan yararlanarak yaptim. Iletisim hizini, data bicimini buradan belirliyoruz. Fpga'deki program 19200 baud, 1+8+1 bit (start+data+stop) seklinde oldugu icin yazilimi da ayni ayarlarda calistiriyorum.

Yazma kismi basit. Fpga, gelecek data icin surekli hazir oldugu icin bilgisayardan data yollama isi cabuk bitti. Tek yapilmasi gereken ftdi_write_data fonksiyonunu cagirmak.

Okumak en zor ve libftdi'yi ogrenmeyi gerektiren kisim. Dokumantasyonda okuma fonksiyonu hakkinda 1 satir aciklama yapilmis. Aciklamada fonksiyon cagirildiginda data alana kadar bekliyor mu yoksa data yoksa devam ediyor mu bahsedilmiyor. D2XX kutuphanesinin dokumantasyonunda bu durumdan acikca bahsediliyor ve iki durum icin de fonksiyonun nasil kullanilacagi anlatiliyor. Samples klasorundeki serial_read.c programina baktigimda data yoksa beklemedigini anladim. Fonksiyon dogru sekilde okudugu data sayisini dondugu icin, dondugu deger 0'dan farkli olana kadar dongu icinde cagirdim.

Programi test ederken dikkatimi ceken bir sey oldu. Ftdi cipinin icinde buffer var. Eger fpga'den data yollama sirasinda 1'den fazla data yollarasaniz, bilgisayar tarafindan okunmayanlar cipin icindeki buffera kaydediliyor ve bir sonraki okuma sirasinda yollaniyor. Yazdigim programi her defasinda 1 byte okuyacak sekilde yazdim. Ola ki fpga'den bilgisayara 2 byte yollandi, bu durumda bir sonraki okuma fpga o sirada ne gonderirse gondersin bir onceki seferde ne okuduysa onu gonderiyor. Bu ozelligi yollama ozelligi icin debounce filtresi olmadigi zaman farkettim.

Bir sonraki asamada VCM (Virtual COM Port) suruculerini kullanarak ayni isi yapmaya calisacagim.

Program kodlari buradan indirilebilir.

PC-FPGA RS232 ile iletisim - 1

FTDI cipini kullanarak libftdi kutuphanesi ve rs232 protokolu ile fpga - bilgisayar arasinda cift yonlu veri aktarimini basardim.

Bu isi yapmasi icin yazdigim program once kullanicidan bir sayi istiyor ve bu sayiyi fpga'e gonderiyor. Fpga'de bu sayi 3 ve 4uncu 7 segment ledlerde gosteriliyor. Sonrasinda program fpga'den data yollamasini bekliyor. Fpga'den data yollamak icin kart uzerindeki button 1'e basmak yeterli. Butona basinca kart uzerindeki anahtarlarla girilen 8 bitlik sayiyi bilgisayara yolluyor ve bilgisayardaki program gonderilen sayiyi ekrana basiyor. Bu sayede hem bilgisayardan fpga'e, hem de fpga'den bilgisayara veri transferi yapilabiliyor. Bu sistemin guzelligi, pc'de atik eskiyen rs232 portu yerine usb portundan veriyi yollamasi. Ftdi cipi usb'den gelen datayi rs232 formatina ceviriyor. Ayrica ftdi cipini kontrol etmek icin ozel programlara ihtiyac yok, bunun icin olusturulmus bir kutuphane var. Bu sayede herhangi bir c programinda gerekli fonksiyonlari cagirarak rs232 portunu istedigimiz sekilde kontrol edebiliriz. Bu da bilgisayarda uygulama gelistirmek icin cok buyuk bir esneklik sagliyor. Ftdi ciplerinin kutuphanesini kullanarak yaptigim bir oyunu bu bloga yazmistim. Bu linkten o yaziya ulasilabilir.

Rs232 uygulamasi icin fpga icin yazdigim kod esas olarak 3 parcadan olusuyor. Baud yaraticisi, alici ve verici. Baud hizi olarak 19200 kullandim. Rs232 protokolunde ayrica bir clock bilgisi gitmedigi icin, ornekleme noktasini hassas olarak ayarlamak icin baud yaraticisi 19200x16 Hz hizinda palsler uretiyor. Alici ve verici modulleri kendi iclerinde palsleri sayiyorlar. Her bit gonderimi 16 pals surdugu icin; verici, basla komutu geldikten sonra her 16 palste bir cikisini guncelliyor. Alici ise yeni data gonderildigini algiladigi anda ilk basta 8 pals sayiyor ki orneklemeler bitlerin tam ortasina denk gelebilsin. Sonrasinda 16 palste bir hatti okuyup datayi aliyor. Kodlari referens kitabi olarak kullandigim kitaptan esinlenerek yazdim. Kod kendimin ama algoritma kitabin. Kitabi anlattigim yaziya buradan ulasilabilir.

Bu semada fpga icindeki esas bloklarin baglanti semasi gosteriliyor.


Alici ve vericinin arkasindaki bloklar basit birer RS flip flop. Rs232 modulunu sadece bu projede tek basina kullandim, bundan sonra kullanacagim her projede rs232 modulu yan modul olarak kullanilacak. O yuzden ana modulle iletisimlerini kolaylastirmak icin yeni veri alindigini(newdata) ve o an bir veri yollandigini(busy) gosteren iki sinyal de rs232 modulunun icinde uretiliyor.

Bilgisayarda yazdigim yazilimi bir sonraki yazida anlatacagim.

Program kodlarina buradan erisilebilir.