CPU Course Review - 13. AMBA BUS (APB Protocol - GPI)

1. Title

AMBA BUS (APB Protocol)

2. Category

"RISC-V", "AMBA BUS", "APB Protocol"

 

3. Key Concepts

APB Protocol을 Verilog로 구현한다.

 

4. Setup

 

CPU Course Review - 12. AMBA BUS (APB Protocol - GPO)

이전 게시글에서 GPO에 APB Interface를 추가한 것에 이어 APB Interface를 이용해 GPI를 구현한다.

 

5. Code Review

module gpi (
    input logic [7:0] control,
    input logic [7:0] inport,
    output logic [7:0] data
);

    genvar i;
    generate
        for(i = 0; i < 8; i++) begin
            assign data[i] = control[i] ? inport[i] : 'z;
        end
    endgenerate

endmodule

GPI는 기본적으로 고임피던스(High-Z) 상태를 유지하다가 control 신호가 1이되면 데이터를 받아들인다.

module periph_gpi (
    input  logic        PCLK,     // APB CLK
    input  logic        PRESET,   // APB asynchronous RESET
    // APB Interface Signals
    input  logic [31:0] PADDR,
    input  logic        PWRITE,
    input  logic        PSEL,
    input  logic        PENABLE,
    input  logic [31:0] PWDATA,
    output logic [31:0] PRDATA,
    output logic        PREADY,
    // Internal Signals
    input logic [7:0] inport
);

    logic [7:0] control;
    logic [7:0] data;

    apb_slave_interface_gpi U_APB_SLAVE_INTERFACE(
        .*,
        .ddr(control),
        .idr(data)
    );
   
    gpi U_GPI(
    .control(control),
    .data(data),
    .inport(inport)
    );

endmodule


module apb_slave_interface_gpi (
    input  logic        PCLK,     // APB CLK
    input  logic        PRESET,   // APB asynchronous RESET
    // APB Interface Signals
    input  logic [31:0] PADDR,
    input  logic        PWRITE,
    input  logic        PSEL,
    input  logic        PENABLE,
    input  logic [31:0] PWDATA,
    output logic [31:0] PRDATA,
    output logic        PREADY,
    // Internal Signals
    output logic [7:0] ddr,
    input  logic [31:0] idr
);

    localparam DDR_ADDR = 4'h0;
    localparam IDR_ADDR = 4'h4;

    logic [31:0] dd_reg, id_reg;
    
    assign ddr = dd_reg[7:0];
    assign id_reg = {24'b0, idr[7:0]};

    always_ff @(posedge PCLK, posedge PRESET) begin
        if (PRESET) begin
            dd_reg <= 0;
        end else begin
            PREADY <= 1'b0;

            if (PSEL && PENABLE && PWRITE) begin
                PREADY <= 1'b1;
                case (PADDR[3:0])
                    DDR_ADDR: dd_reg <= PWDATA;
                    IDR_ADDR: ;
                    default:  ;
                endcase
            end else if (PSEL && PENABLE && !PWRITE) begin
                PREADY <= 1'b1;
                case (PADDR[3:0])
                    DDR_ADDR: PRDATA <= dd_reg;
                    IDR_ADDR: PRDATA <= id_reg;
                    default:  PRDATA = 'x;
                endcase
            end
        end
    end
endmodule

CPU는 RAM과 협력하여 필요한 연산을 수행한 후, APB 인터페이스를 통해 GPO 모듈의 내부 레지스터(dd_reg 및 od_reg)에 접근한다.
APB 인터페이스는 CPU가 control과 data 레지스터에 값을 쓰거나 읽을 수 있도록 하며, 이를 통해 GPO의 출력을 제어한다.

7. Testing and Debugging

* Testing Tools: VIVADO, BASYS-3, Modelsim

#include <stdint.h>

#define APB_PERIPH_BASE      0X10000000
#define RAM_BASE             (APB_PERIPH_BASE + 0X0000)
#define GPOA_BASE            (APB_PERIPH_BASE + 0X1000)
#define GPIB_BASE            (APB_PERIPH_BASE + 0X2000)
#define GPIO_BASE           (APB_PERIPH_BASE + 0X3000)

#define GPOA_DDR *(volatile uint32_t *)(GPOA_BASE + 0x00)
#define GPOA_ODR *(volatile uint32_t *)(GPOA_BASE + 0x04)
#define GPIB_DDR *(volatile uint32_t *)(GPIB_BASE + 0x00)
#define GPIB_IDR *(volatile uint32_t *)(GPIB_BASE + 0x04)

void delay(int n);


int main()
{
    uint32_t inData = 0x01;
	GPOA_DDR = 0x000000ff;
    GPIB_DDR = 0X000000ff;
    
    while(1)
    {
        if(GPIB_IDR & 0x01){
            inData = (inData >> 7)  | (inData << 1);
        } else{
            inData = (inData << 7)  | (inData >> 1);
        }
        
        GPOA_ODR = inData;
        delay(500);
        
    }
    return 0;
}



void delay(int n)
{
    uint32_t temp = 0;

    for(int i = 0; i < n; i++)
    {
            for (int j = 0; j < 1000; j++)
        {
            temp ++;
        }
    }
}

 

코드 가독성을 높이기 위해 GPO, GPI의 ADDRESS를 DEFINE 처리하였다.

 

위 프로그램은 GPI로 사용되는 사용자 Input을 받아 만약 Input이 '1이면 LED를 왼쪽으로 SHIFT 시키고, '0'이면 LED를 오른쪽으로 SHIFT 시키는 프로그램이다.