【FPGA开发者项目连载】基于Gowin Ministar的Nano Viewer 小项目

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` 本帖最后由 ITANGTANGI 于 2021-5-17 17:28 编辑

1.前言       众所周知，FPGA是芯片行业中一颗璀璨的明珠，其经典查找表结构在今天仍然有着持久生命力，在各种应用领域中发挥着不可替代的作用。再加之如今新型的FPGA芯片中添加的包含DSP硬核，微处理器硬核以及模数转换器等一系列外围器件，使FPGA展现出了其更加灵活性的一面，发展前景不可估量。
      长期以来，FPGA行业的龙头老大一直是美国企业包括Xilinx，Intel（Altera被收购），Lattice等巨头，他们凭借着先发研究的优势占据着市场95%以上的份额，但随着FPGA的重要程度越来越受到重视，国产FPGA芯片也在这个充满竞争中的战场中拼出了一条属于自己的道路。
      笔者是一个刚入门FPGA不久的在校学生，在这之前一直使用的是三大巨头的FPGA芯片完成一些数字逻辑设计的工作，这次有幸参加高云半导体发起的星核计划开发者创新赛，就借此机会使用由高云半导体提供的MiniStar小蜜蜂开发板完成一个Nano Viewer的小项目，借此为国产FPGA发展和将来的应用贡献自己的一份力量吧。
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2.项目简介
考虑到开发时间和开发经验等因素，本次使用MiniStatr开发板实现一个简单的Nano Viewer小项目，其主要目的是为了给当前的大多数已经闲置的VGA显示器提供一个废物利用的方案。将其作为一个显示环境温湿度，电子相册，以及游戏平台的一体化设备。
      由于作为电子相册需要有高速的存储器作为图像缓存，不同于其它的FPGA需要外挂SDRAM等方式，高云的FPGA器件内部集成了PSRAM部分可以直接使用，省去了大量硬件设计的时间和成本，在本次的项目开发中，高云的FPGA器件拥有得天独厚的先发优势，可以快速地完成项目开发。
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3.硬件设计
      Nano Viewer的主打优势便在于其的小巧便携性，MiniStar开发板以其迷你的尺寸再次体现了其优势。通过其板载的两个FPC外部扩展口，加上制作的外部Nano Viewer 扩展板，外部扩展板上包括有一个VGA驱动接口实现VGA显示器的驱动，DHT11温湿度传感器采集环境温湿度数据，蓝牙收发模块用于接受手机端APP发送的电子相册图像，电池充放电管理芯片和电池以及充电接口组成的电源威廉希尔官方网站。其结构如图1所示。

图1 硬件框图

使用威廉希尔官方网站设计软件完成威廉希尔官方网站设计后得到如图2所示的威廉希尔官方网站板三维模型。

图2 威廉希尔官方网站板三维模型图

等待威廉希尔官方网站板打样，到手后焊接并与MiniStar板子连接后完成得到最终的Nano Viewer硬件如图3所示。

图3 Nano Viewer硬件

Nano Viewer的硬件设计图纸放在文末的附件中供大家参考。

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4.软件设计

本次的Nano Viewer项目软件设计包括FPGA端程序设计以及安卓APP开发。

4.1 FPGA端程序

FPGA端的设计使用高云的云源软件完成，云源软件是国产EDA工具，拥有优秀的交互界面，云源软件开发界面如图4所示。

图4 高云云源软件开发界面

本次设计的Nano Viewer项目的FPGA内部结构如图5所示，包含有串口接收模块接收和处理来自蓝牙模块的图像数据和控制信号，两个PLL用于产生VGA时钟和PSRAM时钟，VGA驱动模块和VGA显示模块用于驱动VGA显示器显示，状态控制模块负责整个系统的调度，片内ROM模块存储状态图像和文字字库，PSRAM控制器模块内部例化PSRAM的IP核并完成数据写入与读取，DHT11驱动模块获取温湿度数据，游戏模块负责在游戏状态实现游戏任务（本来想移植nes红白机游戏6502 CPU的，但无奈芯片片内BRAM资源不足跑不起来，所以暂未实现，后续考虑实现一个俄罗斯方块或者贪吃蛇）。