本文档介绍了AG32开发中，MCU与CPLD交互的具体方式以及例子。如需了解AG32更多资料可发邮件：sales@agm-micro.com

一、MCU和CPLD直接交互

cpld工程创建及编译的操作流程，参考文档《AG32下fpga和cpld的使用入门》

在工程中，用户逻辑部分编写是从analog_ip.v的接口下开始的。

mcu和cpld之间的交互，可以分为：

1. mcu传递信号给cpld；（如mcu的gpio传递高低信号到cpld）

2. cpld传递信号给mcu；（如：对mcu产生中断信号）

3. mcu读写数据到cpld；

4. 不建议，cpld做为主设备对mcu写。

也就是说，在mcu和cpld交互中，cpld更像一个外设。

其中，前两种较为简单。后两种要使用AHB总线来操作。

下边针对四种情况分别说明：

1. mcu传递信号给cpld；

这种使用较简单。步骤如下：

在ve中定义信号：

GPIO4_1
iocvt_chn:OUTPUT

表示，用mcu的gpio（gpio4_1）来输入信号到cpld。

然后，prepare LOGIC工程后，可以看到analog_ip.v接口中的信号：

input             iocvt_chn_out_data,

input             iocvt_chn_out_en,

这里的iocvt_chn_out_data，就是对接到mcu的gpio4_1的信号。

当控制mcu的gpio4_1高低切换时，cpld中的iocvt_chn_out_data，会对应来变化。

具体样例，可以参考网盘“logic样例3.mcu信号到cpld到pin”的样例，该样例中，展示了mcu控制cpld继续控制led的过程。

除了gpio信号输出到cpld，其他比如pwm输出信号等，都可以输入到cpld。

2. cpld传递信号给mcu；

这种方式和1相近，只不过是反向。

可以在mcu中定义gpio4_2为输入并使能中断，则cpld中设置信号高低时，将触发 mcu的中断。

在VE中定义信号：

GPIO4_2
iocvt_chn:INPUT

表示，用mcu的gpio（gpio4_2）信号来源于cpld的iocvt_chn。

然后，prepare LOGIC工程后，可以看到analog_ip.v接口中的信号：

output             iocvt_chn_in_data,

这里的iocvt_chn_in_data，就是对接到mcu的gpio4_2的信号。

当cpld中控制iocvt_chn_in_data信号高低时，mcu中的gpio4_2对应变化。

这里不再举例。

3. mcu读写数据到cpld；

在地址设计中，cpld的地址区间是：0x60000000 ~
0x7FFFFFFF

当mcu对这个区间内的地址访问时，相当于访问了cpld的“寄存器”。

mcu是全局寻址，对这个空间的访问和对ram（0x20000000起）空间的访问是一样的方式，在C代码中，可以这样写：

读cpld：int cpRdReg = *((int *)0x60000000);

写cpld：*((int *)0x60000004) = cpWtReg;

Mcu端读写cpld较为简单，直接通过上述语句就可以了。

当mcu读写动作发生时，cpld端是如何反应的？

当上述mcu读写动作发生时，AHB总线会把动作拆解为读写信号，传递到analog_ip.v的接口，用户cpld程序需要响应该信号。

以下，以写动作 *((int *)0x60000004) = cpWtReg 为例，描述cpld端会发生的事情。

回顾下analog_ip.v中的接口部分：

其中slave_ahb_开头的一组信号，是cpld作为主端时用的，暂时不用理会。

Mem_ahb_开头的一组信号，是cpld作为从端使用的。

当mcu有读写操作时，mem_ahb_这组信号将发生变化。

这部分是遵循标准的AHB总线协议的。如果对AHB总线印象不深，请自行百度。

可参考的讲解：

https://blog.csdn.net/weixin_46022434/article/details/104987905

几个信号的概述（更详细的讲解请自行百度）：

Ahb_htrans: 当前传输类型（00: IDLE、01: BUSY、10: NONSEQ、11: SEQ）

Ahb_ready：mcu读时要mcu要准备好cpld才会写

Ahb_hwrite: 要读还是要写（1为写，0为读）

Ahb_haddr[32]: 要操作的地址

Ahb_hsize：transfer的大小，以字节为单位

Ahb_hburst：批量传输

Ahb_hwdata[32]：写的数据，32位

Ahb_hreadyout：输出信号，mcu写时cpld是否准备好

Ahb_hresp：输出信号，响应信号（OK、retry、error、split）

Ahb_hrdata[32]：读的数据，32位

根据AHB时序，在一次传输中，cpld（slave端）会先拿到addr地址，读或写的标记，然后交互ready信号后，开始数据传输。

大致如下图（无等待类型的图）：

比如，mcu要读0x60000004的寄存器：

mcu端直接C语言这样调用：int cpRdReg = *((int
*)0x60000004);

cpld端，可以根据以上信号做如下处理：

----------------------------------------------

//mcu的读操作响应

//mcu端用C语言：int value = *((int *)0x60000004);

reg [31:0] hrdata_reg;        //定义32位的hrdata_reg

always @(posedge sys_clock) begin        //clk上升沿触发

if (mem_ahb_htrans ==
2'b10 &&           //NONSEQ状态，第一次传输

  mem_ahb_hready &&                           //master已ready，可以给数据线写入了

  !mem_ahb_hwrite &&                 //读（0 读，1 写）

  mem_ahb_haddr[23:0] == 'h04)         //读地址为0x60000004（cpld用相对偏移）

begin

hrdata_reg <=
hwdata_reg;              //把另一准备好的数据给到hrdata_reg

end

end

assign mem_ahb_hrdata = hrdata_reg;//绑定hrdata_reg到读的数据线上

-----------------------------------------------

以上代码，加入到analog_ip.v的module下，就可以完成cpld对mcu读动作的响应。

比如，mcu要写0x60000000的寄存器：

mcu端直接C语言这样调用：*((int *)0x60000000)
= value;

cpld端，可以根据以上信号做如下处理：

----------------------------------------------

//mcu的写操作响应

//mcu端用C语言：*((int *)0x60000000) = value;

reg [31:0] hwdata_reg;       //定义32位的hwdata_reg

always @(posedge sys_clock) begin        //clk上升沿触发

if (mem_ahb_htrans ==
2'b00 &&         //IDLE状态

  mem_ahb_hreadyout &&                    //cpld已ready状态，ahb上数据可以写过来

  mem_ahb_hwrite &&                  //写（0 读，1 写）

  mem_ahb_haddr[23:0] == 'h00)         //写地址为0x60000000（cpld用相对偏移）

begin

hwdata_reg <=
mem_ahb_hwdata;         //把收到的数据给到hwdata_reg

end

end

//这个过程，是把mcu写进来的数据收到hwdata_reg中

-----------------------------------------------

这部分的实例代码，请参考网盘上cpld样例工程《5.mcu读写cpld寄存器》。

注意：这里展示的，仅仅是基于AHB总线上的数据交互。

在实际应用中，比如要实现一个串口之类的，往往是慢速设备，这些是要挂载到apb上的。慢速设备要经过ahb到apb的bridge，才能最终使用。请继续往下看。

二、mcu通过ahb转apb后的数据交互

上节讲述了mcu和cpld之间交互数据的实现方式。

但数据是在ahb层面的响应，慢速设备不能直接使用。

慢速设备需要ahb转为apb后，使用apb的信号来交互。这种情况，转变为mcu和apb之间的交互。

mcu和apb之间的交互，相比mcu和aph之间的交互，多了一层ahb到apb的转换。这个转换是借助于ahb2apb.v模块来实现的（在example/analog下找该.v文件）。

该模块：输入是ahb的一组信号，输出是apb的一组信号。使用如下图：

如果实现mcu和apb的交互，则需要操作的是转换后的这组apb信号。

关于apb总线的使用，更多信息请自行百度。

这里只是简述下apb信号列表（与ahb略有不同）：

apb_psel：片选

apb_penable：表示传输进入第二周期（准备好了读/写）

apb_pwrite：传输方向（1-写；0-读）

apb_paddr[32]：地址总线，要操作的地址

apb_pwdata[32]：写的数据，32位

apb_prdata[32]：读的数据，32位

以下展示在apb下如何实现跟mcu的交互，仍以ahb的两个寄存器为例。

1. 首先需要增加ahb转apb的信号关联；

如上图。

Ahb2apb模块会把ahb信号转换为apb信号。接下来操作apb信号即可。

2. 在转换后的apb信号中，实现写和读的操作。

mcu读操作时：

比如，mcu要读0x60000004的寄存器：

mcu端直接C语言这样调用：int cpRdReg = *((int
*)0x60000004);

cpld端，可以根据以上信号做如下处理：

----------------------------------------------

//mcu的读操作响应

//mcu端用C语言：int value = *((int *)0x60000004);

reg [31:0] ardata_reg;       //定义32位的hrdata_reg

always @(posedge apb_clock) begin      //clk上升沿触发

if (!apb_pwrite
&&                             //读 （0 读，1 写）

apb_penable
&&                                 //是否准备好

apb_paddr[11:0]
== ‘h04)    //读地址为0x60000004（cpld内部用相对偏移）

begin

ardata_reg <=
awdata_reg;              //把另一准备好的数据给到hrdata_reg

end

end

assign apb_prdata = ardata_reg;//绑定hrdata_reg到读的数据线上

-----------------------------------------------

mcu写操作时：

比如，mcu要写0x60000000的寄存器：

mcu端直接C语言这样调用：*((int *)0x60000000)
= value;

cpld端，可以根据以上信号做如下处理：

----------------------------------------------

//mcu的写操作响应

//mcu端用C语言：*((int *)0x60000000) = value;

reg [31:0] awdata_reg;       //定义32位的hwdata_reg

always @(posedge apb_clock) begin      //clk上升沿触发

if (apb_pwrite
&&                              //写 （0 读，1 写）

apb_penable
&&                                 //是否准备好

apb_paddr[11:0]
== ‘h00)  //写地址为0x60000000（cpld内部用相对偏移）

begin

awdata_reg <=
apb_pwdata;           //把收到的数据给到hwdata_reg

end

end

//这个过程，是把mcu写进来的数据收到hwdata_reg中

-----------------------------------------------

这个功能实现后，其实是个简单的“空外设”。可以用它做为实现复杂功能外设的基础。

这部分的实例代码，请参考网盘上cpld样例工程《5.mcu读写cpld寄存器》。

样例展示到这里，mcu和cpld的交互上：交互信号、跟ahb交互数据、跟apb交互数据，基本的交互通路已经建立。

接下来，用户根据自己的需求，在cpld中交互到数据后，编写自己需要的功能即可。

三、DMA在CPLD中的使用

cpld中实现DMA的逻辑：

1. MCU为master，cpld为slave，mcu对cpld的交互方式为存取寄存器的方式；

2. mcu中配置好DMA（读取cpld中准备好的数据）；

3. cpld中准备好数据后，触发dma信号，dma自动搬运到mcu指定的ram；

4. 搬运一次后，dma给cpld一个clear信号，完成一次dma搬运；

5. 等到cpld中再次准备好数据，将再次触发dma信号，重复3和4；

对于cpld来说，mcu来读取数据和dma来读取数据，是一致的。

dma来读取时，只是每次读完后会多给cpld一个clear信号。

更多细节，请参考网盘上《7.cpld中配合实现mcu的dma读取》部分的样例。

在这个样例中，展示了两部分代码：

1. mcu中，配置dma读取；为了测试，mcu会在另一地址给cpld写数据；

2. cpld中，会对mcu写进来的数据缓存，缓存后触发dma的信号，让dma来读取数据。而dma从cpld里读取数据后会给cpld一个clear信号，标志一次dma交互完成。