Tang Nano 20K 使用分享

AspyRain

已于 2025-05-25 20:02:08 修改

阅读量1.6k

点赞数 16

文章标签： fpga开发 scala 嵌入式硬件

于 2024-04-03 11:59:32 首次发布

本文链接：https://blog.csdn.net/lxr0106/article/details/137326023

版权

本文详细介绍了如何使用SIPEEDTangNano20K开发板进行基础操作，包括体验默认例程、点灯实验（使用Verilog和Chisel编写的代码）、以及使用NESTang进行游戏开发。教程涵盖了IDE配置、FPGA编程、串口通信和烧录过程。

摘要生成于 C知道，由 DeepSeek-R1 满血版支持，前往体验 >

零、内容简介

体验SIPEED Tang Nano 20K的串口操作
体验SIPEED Tang Nano 20K的基础代码和烧录-点灯
使用idea编写chisel代码并烧录进20K实验
测试nesTang游戏例程

一、介绍

Tang Nano 20K 是采用高云半导体 GW2AR-18 QN88 的一款核心板，芯片内部具有 20736 个逻辑查找表(LUT4) 和 15552 个寄存器(FF)，内部有两个 PLL，还带有多个 DSP 单元支持 18位 x 18位的乘法运算来加速数字运算。板载 BL616 芯片来作为 FPGA JTAG 下载器和与 FPGA 通信的串口。板上默认使用 27MHz 晶振用于倍频出 HDMI 显示所需要的时钟，还额外搭载 MS5351 时钟发生芯片来随意生成多种所需要的时钟。
在这里插入图片描述

二、准备工作

在这里插入图片描述

安装IDE-GOWIN

前往 http://www.gowinsemi.com.cn/faq.aspx 下载 IDE
往下翻到教育版，暂时够用了
安装GOWIN

解压下载的文件后点击安装包安装

安装过程比较简单，一路确定和下一步就行

三、使用

3.1 体验默认例程

3.1.1 基础操作

Tang Nano 20K默认固件内容是litex，也可点击链接手动下载
Ⅰ 初次通电
直接插上提供的typec-usb数据线即可连接通电
默认效果为流水灯
在这里插入图片描述
Ⅱ 串口通信
找到对应串口

打开串口调试工具
可以下载Mobaxterm
点击Session
在这里插入图片描述
选择Serial

进行如下设置

点击OK
进入后按下回车进入litex固件终端

单击键盘Tab键自动补全指令可以看到能直接使用的指令

测试以下leds指令
leds指令
leds指令格式是

leds

即需要在led的后面加一个值
输入

leds 62

在这里插入图片描述

可以看到led只亮了一个

3.1.2 切换终端

上面的 litex 相关的终端操作都是在 FPGA 上运行的，Tang Nano 20K 除了 GW2AR-18C FPGA 外，还有一个板载的 BL616 芯片，可以进入它的终端来进行其他操作。

和前面一样，在 Mobaxterm 中打开串口之后，可以使用组合键 Ctrl + x 然后 Ctrl + c，最后按下回车来进入 BL616 芯片终端。
在这里插入图片描述
体验两个主要命令pll_clk 和 choose
Ⅰ pll_clk
这个命令主要用来控制板子上的MS5351精准时钟发生器

Ⅱ choose
这个命令用于选择BL616与FPGA的通信方式
有uart和spi两个模式
uart即为默认模式
spi模式为BL616 作为 FPGA 的 SPI 从机，接收 FPGA 发送过来的数据。
在这里插入图片描述
输入

choose uart

再按两次回车可回到litex终端
在这里插入图片描述

3.2 点灯实验

3.2.1 创建项目

打开安装好的GOWIN
文件 -> 新建 -> FPGA Design -> Project
在这里插入图片描述

设置工程名称，要求只用英文的下划线命名，存放路径中不要有中文字符或者空格等特殊符号。
在这里插入图片描述

然后在下面的芯片型号中选择 GW2AR-LV18QN88C8/I7，使用上面的筛选能够更快地选择到正确的型号。注意 Device 那一栏为 GW2AR-18C。

在这里插入图片描述

然后点击确定后就可以进行最终项目预览了。确认无误后就完成工程创建了。

3.2.2 编写代码

Ctrl + N新建文件，选择Verilog
在这里插入图片描述
复制以下代码:
注意模块名字和文件名字相同!

module led(
    input  Clock,
    output IO_voltage
);

/**********计时部分**********/
//parameter Clock_frequency = 27_000_000; // 时钟频率为27Mhz
parameter count_value       = 13_499_999; // 计时 0.5S 所需要的计数次数

reg [23:0]  count_value_reg ; // 计数器
reg         count_value_flag; // IO 电平翻转标志

always @(posedge Clock) begin
    if ( count_value_reg <= count_value ) begin //没有计数到 0.5S
        count_value_reg  <= count_value_reg + 1'b1; // 继续计数
        count_value_flag <= 1'b0 ; // 不产生翻转标志
    end
    else begin //计数到 0.5S 了
        count_value_reg  <= 23'b0; // 清零计数器，为重新计数最准备
        count_value_flag <= 1'b1 ; // 产生翻转标志
    end
end
reg IO_voltage_reg = 1'b0; // 声明 IO 电平状态用于达到计时时间后的翻转，并赋予一个低电平初始态

/**********电平翻转部分**********/
always @(posedge Clock) begin
    if ( count_value_flag )  //  电平翻转标志有效
        IO_voltage_reg <= ~IO_voltage_reg; // IO 电平翻转
    else //  电平翻转标志无效
        IO_voltage_reg <= IO_voltage_reg; // IO 电平不变
end


/**********补充一行代码**********/
assign IO_voltage = IO_voltage_reg;

endmodule

3.2.3 综合，约束，布局布线

综合
双击Process -> Synthesize进行综合
约束
点击上图 Synthesize 上面的 FloorPlanner 来进行管脚约束。

直接点击OK

进入约束界面

查看原理图

在这里插入图片描述
可知道
晶振所输入的引脚为 PIN04
点击IO Constranins

按Ctrl + S 保存下约束，然后关闭界面
3. 布局布线
点击Place&Route让IDE通过约束算出最优解，自动帮我们把资源合理的分配在FPGA芯片上

3.2.4 烧录

将20k连接电脑
点击Progam Device
在这里插入图片描述
点击扫描

选择GW2AR-18C
有两种烧录模式
1.下载到SRAM
2.下载到FLASH
区别就是下载SRAM烧录后断电重上电就会清空该程序
FLASH烧录后的程序会保存下来再次上电仍然会运行

采取SRAM模式烧录
双击
在这里插入图片描述

在这里插入图片描述
点击program

烧录效果

3.3 使用chisel点灯

3.3.1 准备工作

这里使用IDEA写chisel代码
IDEA配置chisel环境参考:
https://blog.csdn.net/qq_52315804/article/details/132933899

3.3.2 创建一个chisel项目

在这里插入图片描述

进入，将以下代码覆盖：

name := "chisel_for_tang"

version := "0.1"
scalacOptions += "-Xsource:2.11"
scalaVersion := "2.12.10"
libraryDependencies += "edu.berkeley.cs" %% "chisel3" % "3.1.2"
libraryDependencies += "edu.berkeley.cs" %% "chisel-iotesters" % "1.2.3"

在这里插入图片描述

3.3.3 编写代码

在main/src/scala里面创建一个led.scala
在这里插入图片描述

import chisel3._
import chisel3.core.{Input, Output, RegInit, when}

class led extends Module {
  val io = IO(new Bundle {
    val Clock = Input(Clock())
    val IO_voltage = Output(Bool())
  })

  val count_value = 13499999.U // 计时 0.5S 所需要的计数次数
  val count_value_reg = RegInit(0.U(24.W)) // 计数器
  val count_value_flag = RegInit(false.B) // IO 电平翻转标志

  val IO_voltage_reg = RegInit(false.B) // IO 电平状态用于达到计时时间后的翻转，并赋予一个低电平初始态

  when(count_value_reg <= count_value) {
    count_value_reg := count_value_reg + 1.U
    count_value_flag := false.B
  }.otherwise {
    count_value_reg := 0.U
    count_value_flag := true.B
  }

  when(count_value_flag) {
    IO_voltage_reg := ~IO_voltage_reg
  }

  io.IO_voltage := IO_voltage_reg
  
}
object hello extends App{
  println("execute chisel")
  Driver.execute(args, () => new led)
}

然后重新加载一下
在这里插入图片描述
点击运行

中途出错:

在build.sbt添加一行:
scalacOptions += "-Xsource:2.11"
再次刷新一下
问题解决

在target里即可找到led.v，复制代码或者文件放到上面创建好的项目里
在这里插入图片描述

需要略微修改一下代码
删除第三行的reset输入，在模块配置下面添加一个reset,设置值恒为0

reg reset = 1'b0;

完整代码如下：

module led( // @[:@3.2]
  input   clock, // @[:@4.4]
  output  io_IO_voltage // @[:@6.4]
);
  reg reset = 1'b0;
  reg [23:0] count_value_reg; // @[led.scala 11:32:@8.4]
  reg [31:0] _RAND_0;
  reg  count_value_flag; // @[led.scala 12:33:@9.4]
  reg [31:0] _RAND_1;
  reg  IO_voltage_reg; // @[led.scala 14:31:@10.4]
  reg [31:0] _RAND_2;
  wire  _T_14; // @[led.scala 17:24:@11.4]
  wire [24:0] _T_16; // @[led.scala 18:40:@13.6]
  wire [23:0] _T_17; // @[led.scala 18:40:@14.6]
  wire [23:0] _GEN_0; // @[led.scala 17:42:@12.4]
  wire  _GEN_1; // @[led.scala 17:42:@12.4]
  wire  _T_21; // @[led.scala 27:23:@23.6]
  wire  _GEN_2; // @[led.scala 26:26:@22.4]
  assign _T_14 = count_value_reg <= 24'hcdfe5f; // @[led.scala 17:24:@11.4]
  assign _T_16 = count_value_reg + 24'h1; // @[led.scala 18:40:@13.6]
  assign _T_17 = _T_16[23:0]; // @[led.scala 18:40:@14.6]
  assign _GEN_0 = _T_14 ? _T_17 : 24'h0; // @[led.scala 17:42:@12.4]
  assign _GEN_1 = _T_14 ? 1'h0 : 1'h1; // @[led.scala 17:42:@12.4]
  assign _T_21 = ~ IO_voltage_reg; // @[led.scala 27:23:@23.6]
  assign _GEN_2 = count_value_flag ? _T_21 : IO_voltage_reg; // @[led.scala 26:26:@22.4]
  assign io_IO_voltage = IO_voltage_reg; // @[led.scala 33:17:@29.4]
`ifdef RANDOMIZE_GARBAGE_ASSIGN
`define RANDOMIZE
`endif
`ifdef RANDOMIZE_INVALID_ASSIGN
`define RANDOMIZE
`endif
`ifdef RANDOMIZE_REG_INIT
`define RANDOMIZE
`endif
`ifdef RANDOMIZE_MEM_INIT
`define RANDOMIZE
`endif
`ifdef RANDOMIZE
  integer initvar;
  initial begin
    `ifndef verilator
      #0.002 begin end
    `endif
  `ifdef RANDOMIZE_REG_INIT
  _RAND_0 = {1{$random}};
  count_value_reg = _RAND_0[23:0];
  `endif // RANDOMIZE_REG_INIT
  `ifdef RANDOMIZE_REG_INIT
  _RAND_1 = {1{$random}};
  count_value_flag = _RAND_1[0:0];
  `endif // RANDOMIZE_REG_INIT
  `ifdef RANDOMIZE_REG_INIT
  _RAND_2 = {1{$random}};
  IO_voltage_reg = _RAND_2[0:0];
  `endif // RANDOMIZE_REG_INIT
  end
`endif // RANDOMIZE
  always @(posedge clock) begin
    if (reset) begin
      count_value_reg <= 24'h0;
    end else begin
      if (_T_14) begin
        count_value_reg <= _T_17;
      end else begin
        count_value_reg <= 24'h0;
      end
    end
    if (reset) begin
      count_value_flag <= 1'h0;
    end else begin
      if (_T_14) begin
        count_value_flag <= 1'h0;
      end else begin
        count_value_flag <= 1'h1;
      end
    end
    if (reset) begin
      IO_voltage_reg <= 1'h0;
    end else begin
      if (count_value_flag) begin
        IO_voltage_reg <= _T_21;
      end
    end
  end
endmodule

3.3.4 综合、约束、布局布线

在这里插入图片描述

3.3.5 烧录

在这里插入图片描述
运行结果与verilog的代码一致

3.4 nesTang的使用

3.4.1 准备工作

Tang nano 20k和游戏套件
TF卡和读卡器
GOWIN Programmer
python
balenaEtcher

3.4.2 具体步骤

Ⅰ 烧录FPGA部件
点击下载固件:tang_nano_20k_nestan.fs
推荐使用百度网盘
在这里插入图片描述
进入后不要全部下载，根据目录找到目标文件

然后就可下载

烧录
在这里插入图片描述
Ⅱ 制作游戏镜像
首先下载依赖固件
点击下载
同样可以从百度网盘下载

挑选游戏镜像
可以去fc游戏网挑选镜像
在这里插入图片描述
将下载好的镜像解压到和依赖固件一个文件夹内

在这里插入图片描述
然后在此文件夹内打开终端
输入代码

python nes2img.py -o games.img 1.nes 2.nes 3.nes

注意1.nes 2.nes 3.nes要改成自己下载的nes文件名字
在这里插入图片描述
然后烧录游戏镜像

打开 balenaEtcher
选择从文件中烧录
在这里插入图片描述
会弹出一个警告，此时点击继续。

在这里插入图片描述
选择TF卡的盘符

在这里插入图片描述
烧录成功后弹出TF卡

Ⅲ 组装板子
插卡
在这里插入图片描述
连接手柄,显示器和电源（注意电源不能是USB连电脑供电，功率不够，需要使用充电器）

在这里插入图片描述

通电后就能上电选择游戏进行游玩体验了

特点	Tang	Cyclone
成本	相对较低	相对较高
性能	适用于小型项目和初学者	提供更高性能和资源
社区支持	社区支持较少，但逐渐增加	拥有广泛的社区支持
开发工具	提供多种开发工具和编程语言支持	使用Altera Quartus等主流工具链
开发环境易用性	友好的开发环境，适合初学者	适用于有一定经验的开发者
尺寸	小巧便携	尺寸较大
功耗	低功耗	功耗相对较高
图片