基于SOPC的单通道TDC设计（1）

Taio

基于SOPC的单通道TDC设计（1）

0 A# k! m+ x2 E# c
1 硬件系统的构建

经过“基于超前进位延时链的时间数字转换器”和“延时链测试以及亚稳态分析”两篇文章后，开始着手构建基于SOPC的单通道TDC。

最终构建的硬件系统框图如图 11所示。Top_sch的内部结构图如图 12所示，其中各模块的相关说明请参见前文。Sysfifo的内部框图如图 13所示。Nios II硬件系统连接如图 14所示。

图 11系统的顶层框图

Top_sch为单通道TDC；sysfifo为先入先出存储器，主要作用是起到数据缓冲作用，因为tdc的时钟频率为300MHz，而Nios II的频率为100MHz，端口操作频率为10MHz赫兹；audio—_nios为基于Nios II的硬件系统。

图 12 top_sch的RTL视图

图 13 sysfifo内部框图

图 14 Nios II硬件系统连接图

硬件系统源程序如下：

1.1 系统顶层源程序

module tdc1000_soc(

      ///input tdc///

                input sin,

5 d. k  A) n8 m/ {, @

      ///////// ADC /////////

      inout              ADC_CS_N,

      output             ADC_DIN,

      input              ADC_DOUT,

      output             ADC_SCLK,

) e- M1 e9 r: A5 Y: S: @1 k

      ///////// AUD /////////

      input              AUD_ADCDAT,

      inout              AUD_ADCLRCK,

      inout              AUD_BCLK,

      output             AUD_DACDAT,

      inout              AUD_DACLRCK,

      output             AUD_XCK,

      ///////// CLOCK2 /////////

      input              CLOCK2_50,

/ R. T$ T& w% H) q: ~  h/ F

      ///////// CLOCK3 /////////

      input              CLOCK3_50,

. `: R* x8 v4 \+ G6 c  r/ ~4 ]

      ///////// CLOCK4 /////////

      input              CLOCK4_50,

$ l, f2 ]& L  H: w  J

      ///////// CLOCK /////////

      input              CLOCK_50,

      ///////// DRAM /////////

      output      [12:0] DRAM_ADDR,

      output      [1:0]  DRAM_BA,

      output             DRAM_CAS_N,

      output             DRAM_CKE,

      output             DRAM_CLK,

      output             DRAM_CS_N,

      inout       [15:0] DRAM_DQ,

      output             DRAM_LDQM,

      output             DRAM_RAS_N,

      output             DRAM_UDQM,

      output             DRAM_WE_N,

1 k, N2 K, @4 d5 I$ P; r# f

      ///////// FAN /////////

      output             FAN_CTRL,

! F: F- E  b+ j' h

      ///////// FPGA /////////

      output             FPGA_I2C_SCLK,

      inout              FPGA_I2C_SDAT,

      ///////// GPIO /////////

      inout     [35:0]         GPIO_0,

      inout     [35:0]         GPIO_1,

      ///////// HEX0 /////////

      output      [6:0]  HEX0,

      ///////// HEX1 /////////

      output      [6:0]  HEX1,

      ///////// HEX2 /////////

      output      [6:0]  HEX2,

3 n& _3 e  ]8 F! D5 ?

      ///////// HEX3 /////////

      output      [6:0]  HEX3,

6 v) Z/ ~; `5 @: [- J

      ///////// HEX4 /////////

      output      [6:0]  HEX4,

      ///////// HEX5 /////////

      output      [6:0]  HEX5,

; \+ C! l3 j5 T( g/ Y( f

`ifdef ENABLE_HPS

      ///////// HPS /////////

      inout              HPS_CONV_USB_N,

      output      [14:0] HPS_DDR3_ADDR,

      output      [2:0]  HPS_DDR3_BA,

      output             HPS_DDR3_CAS_N,

      output             HPS_DDR3_CKE,

      output             HPS_DDR3_CK_N,

      output             HPS_DDR3_CK_P,

      output             HPS_DDR3_CS_N,

      output      [3:0]  HPS_DDR3_DM,

      inout       [31:0] HPS_DDR3_DQ,

      inout       [3:0]  HPS_DDR3_DQS_N,

      inout       [3:0]  HPS_DDR3_DQS_P,

      output             HPS_DDR3_ODT,

      output             HPS_DDR3_RAS_N,

      output             HPS_DDR3_RESET_N,

      input              HPS_DDR3_RZQ,

      output             HPS_DDR3_WE_N,

      output             HPS_ENET_GTX_CLK,

      inout              HPS_ENET_INT_N,

      output             HPS_ENET_MDC,

      inout              HPS_ENET_MDIO,

      input              HPS_ENET_RX_CLK,

      input       [3:0]  HPS_ENET_RX_DATA,

      input              HPS_ENET_RX_DV,

      output      [3:0]  HPS_ENET_TX_DATA,

      output             HPS_ENET_TX_EN,

      inout       [3:0]  HPS_FLASH_DATA,

      output             HPS_FLASH_DCLK,

      output             HPS_FLASH_NCSO,

      inout              HPS_GSENSOR_INT,

      inout              HPS_I2C1_SCLK,

      inout              HPS_I2C1_SDAT,

      inout              HPS_I2C2_SCLK,

      inout              HPS_I2C2_SDAT,

      inout              HPS_I2C_CONTROL,

      inout              HPS_KEY,

      inout              HPS_LED,

      inout              HPS_LTC_GPIO,

      output             HPS_SD_CLK,

      inout              HPS_SD_CMD,

      inout       [3:0]  HPS_SD_DATA,

      output             HPS_SPIM_CLK,

      input              HPS_SPIM_MISO,

      output             HPS_SPIM_MOSI,

      inout              HPS_SPIM_SS,

      input              HPS_UART_RX,

      output             HPS_UART_TX,

      input              HPS_USB_CLKOUT,

      inout       [7:0]  HPS_USB_DATA,

      input              HPS_USB_DIR,

      input              HPS_USB_NXT,

      output             HPS_USB_STP,

`endif /*ENABLE_HPS*/

& J$ z7 J# p5 v8 V$ C% g

      ///////// IRDA /////////

      input              IRDA_RXD,

      output             IRDA_TXD,

      ///////// KEY /////////

      input       [3:0]  KEY,

1 l; K: K1 z$ W5 o( X; C2 l# u

      ///////// LEDR /////////

      output      [9:0]  LEDR,

) u# V8 n7 y# ~+ L

      ///////// PS2 /////////

      inout              PS2_CLK,

      inout              PS2_CLK2,

      inout              PS2_DAT,

      inout              PS2_DAT2,

: U: [6 L% H/ ~6 g& C; L4 t

      ///////// SW /////////

      input       [9:0]  SW,

      ///////// TD /////////

      input              TD_CLK27,

      input      [7:0]  TD_DATA,

      input             TD_HS,

      output             TD_RESET_N,

      input             TD_VS,

      ///////// VGA /////////

      output      [7:0]  VGA_B,

      output             VGA_BLANK_N,

      output             VGA_CLK,

      output      [7:0]  VGA_G,

      output             VGA_HS,

      output      [7:0]  VGA_R,

      output             VGA_SYNC_N,

      output             VGA_VS

);

//=======================================================

//  tdc/WIRE declarations

//=======================================================

wire  [31:0] din;

wire         wr_full;

wire         rd_empt;

wire         rd_rqt;

wire  rd_clk;

wire  [9:0] ris_c,fal_c;

wire wr_rqt;

//=======================================================

//  REG/WIRE declarations

//=======================================================

wire                                                                 HEX0P;

wire                                                                 HEX1P;

wire                                                                 HEX2P;

wire                                                                 HEX3P;

wire                                                                 HEX4P;

wire                                                                 HEX5P;

/ o) V1 S$ a' P0 i  f- C$ Y
$ }- _1 H6 c/ F. B8 t

//=======================================================

//  Structural coding

//=======================================================

wire reset_n;

* U5 v* X8 t! R  X5 P  A. @, l

assign reset_n = 1'b1;

//=======================================================

//  delay_inst

//=======================================================

top_sch delay_inst(

        .clock(DRAM_CLK),

        .st2(sin),

        .wr(wr_rqt),

        .ris_c(ris_c),

        .fal_c(fal_c)

);

sysfifo fifo_inst(

        .data({{12{1'b0}},ris_c,fal_c}),

        .rdclk(rd_clk),

        .rdreq(rd_rqt),

        .wrclk(DRAM_CLK),

        .wrreq(wr_rqt),

        .q(din),

        .rdempty(rd_empt),

        .wRFull(wr_full));

audio_nios u0(

' S( s$ I$ S3 h5 C' w

                .clk_clk                                (CLOCK_50),                            //                         clk.clk

                .reset_reset_n                          (reset_n),                      //                       reset.reset_n

                .pll_sdam_clk                           (DRAM_CLK),                       //                    pll_sdam.clk

                .pll_outclk3_clk                        (rd_clk),

                .key_external_connection_export         (KEY),     //     key_external_connection.export

                .seg7_conduit_end_export                ({

                                              HEX5P, HEX5, HEX4P, HEX4,

                                              HEX3P, HEX3, HEX2P, HEX2,

                                              HEX1P, HEX1, HEX0P, HEX0}),            //            seg7_conduit_end.export

                .pio_0_external_connection_export       (LEDR),   //   pio_0_external_connection.export

                .sw_external_connection_export          (SW),      //      sw_external_connection.export

                .din32_external_connection_export   (din),   //   din32_external_connection.export

      .wr_full_external_connection_export (wr_full), // wr_full_external_connection.export

      .rd_rqt_external_connection_export  (rd_rqt),  //  rd_rqt_external_connection.export

      .rd_empt_external_connection_export (rd_empt),  // rd_empt_external_connection.export

                .sdram_wire_addr                        (DRAM_ADDR),                    //                  sdram_wire.addr

                .sdram_wire_ba                          (DRAM_BA),                      //                            .ba

                .sdram_wire_cas_n                       (DRAM_CAS_N),                   //                            .cas_n

                .sdram_wire_cke                         (DRAM_CKE),                     //                            .cke

                .sdram_wire_cs_n                        (DRAM_CS_N),                    //                            .cs_n

                .sdram_wire_dq                          (DRAM_DQ),                      //                            .dq

                .sdram_wire_dqm                         ({DRAM_UDQM,DRAM_LDQM}),                     //                            .dqm

                .sdram_wire_ras_n                       (DRAM_RAS_N),                   //                            .ras_n

                .sdram_wire_we_n                        (DRAM_WE_N)                    //                            .we_n

        );

$ A. G1 K. C, k2 K

Endmodule

) u! C3 T2 E6 ?' }) M4 ~

Taio

1.2 TDC顶层源程序

module top_sch #(parameter WIDTH=1000)(

        clock,

        st2,

        wr,

        rd_o,

        ris_c,

        fal_c

);

output wire wr;

input wire        clock;

input wire        st2;

output [9:0] ris_c;

output [9:0] fal_c;

output rd_o;

3 i. E9 \( f, _" j" U
* y' T8 D6 H; R! G" {

wire        [WIDTH-1:0] SYNTHESIZED_WIRE_0;

wire        [WIDTH-1:0] SYNTHESIZED_WIRE_1;

wire        [WIDTH-1:0] SYNTHESIZED_WIRE_2;

wire        [WIDTH-1:0] SYNTHESIZED_WIRE_3;

wire        [WIDTH-1:0] SYNTHESIZED_WIRE_4;

wire rd_o_f,rd_o_r;

4 I3 @% A: |0 i& U9 _
1 `" p: z7 B6 i* x* I  `+ s
; D+ I+ b: m2 l/ }; N& ?* e

add200        b2v_inst(

        .clock(clock),

        .data_a(SYNTHESIZED_WIRE_0),

        .dataa(SYNTHESIZED_WIRE_1),

        .result(SYNTHESIZED_WIRE_2));

, {* v# [7 p% ?- }; P# v5 L' J  o9 D

o_add        b2v_inst2(

        .result(SYNTHESIZED_WIRE_2),

        .ris_o(SYNTHESIZED_WIRE_3),

        .fal_o(SYNTHESIZED_WIRE_4));

) Z) M" {, W9 Z" K
* J, ~# d& h5 D

l_add        b2v_inst3(   

        .result(SYNTHESIZED_WIRE_1));

r_add        b2v_inst4(

        .st1(st2),

        .result(SYNTHESIZED_WIRE_0));

encoder b2v_inst5(

    .clk(clock),

         .rd_o(rd_o_r),

         .srin(SYNTHESIZED_WIRE_3),

         .tenout(ris_c)        

        );

encoder b2v_inst6(

    .clk(clock),

         .rd_o(rd_o_f),

         .srin(SYNTHESIZED_WIRE_4),

         .tenout(fal_c)        

        );

Endmodule

1.3 FIFO顶层源程序

// synopsys translate_off

`timescale 1 ps / 1 ps

// synopsys translate_on

module sysfifo (

        data,

        rdclk,

        rdreq,

        wrclk,

        wrreq,

        q,

        rdempty,

        wrfull);

( K- ^, }4 o& \- q2 ?2 k# |

        input        [19:0]  data;

        input          rdclk;

        input          rdreq;

        input          wrclk;

        input          wrreq;

        output        [19:0]  q;

        output          rdempty;

        output          wrfull;

4 f- |4 m! E; u) N: p5 z

        wire [19:0] sub_wire0;

        wire  sub_wire1;

        wire  sub_wire2;

        wire [19:0] q = sub_wire0[19:0];

        wire  rdempty = sub_wire1;

        wire  wrfull = sub_wire2;

# o1 @0 b/ d. r9 c/ Z( J

        dcfifo        dcfifo_component (

                                .data (data),

                                .rdclk (rdclk),

                                .rdreq (rdreq),

                                .wrclk (wrclk),

                                .wrreq (wrreq),

                                .q (sub_wire0),

                                .rdempty (sub_wire1),

                                .wrfull (sub_wire2),

                                .aclr (),

                                .rdfull (),

                                .rdusedw (),

                                .wrempty (),

                                .wrusedw ());

        defparam

                dcfifo_component.intended_device_family = "Cyclone V",

                dcfifo_component.lpm_numwords = 16,

                dcfifo_component.lpm_showahead = "OFF",

                dcfifo_component.lpm_type = "dcfifo",

                dcfifo_component.lpm_width = 20,

                dcfifo_component.lpm_widthu = 4,

                dcfifo_component.overflow_checking = "ON",

                dcfifo_component.rdsync_delaypipe = 4,

                dcfifo_component.underflow_checking = "ON",

                dcfifo_component.use_eab = "ON",

                dcfifo_component.wrsync_delaypipe = 4;

endmodule

: {" D' i' d3 b( L& k3 ~