想必各位读者中有不少是玩过Arduino、单片机或者是做过一些模拟电路制作的吧？ 在玩过这些东西之后，经常会有的一个疑问就是，下一步玩什么？一部分人选择更加复杂的东西，比如32位单片机（如STM32）或者研究嵌入式Linux（如以“树莓派”为代表的超小型计算机），而另一部分人则是选择尽可能利用已经会的东西，做出一些有意思的制作。如果是前者，那么相信，这个所谓的“更复杂的东西”的列表里，一定会有FPGA。这个系列的文章，就是希望帮助那些已经有一定电子制作的基础，想要了解或者学习FPGA，却无从下手的人，当然可能对于正在学校学习FPGA的学生也会有一定的启发作用。本文作为这个系列文章的第一篇，先对FPGA以及相关的内容做一个概述。

如果从来接触过FPGA，那么可能直觉上会认为FPGA是一种很厉害的单片机（MCU），毕竟它看起来也就是一个体积比较大的芯片，开发板看起来也就和单片机开发板一样，甚至开发板自带的教程也像单片机的教程一样，把开发板上面自带的外设全部玩一遍。然而，实际上根本不是这样，FPGA并不是单片机，而且这两者甚至很难具有可比性。通常而言，玩单片机是玩软件编程，而玩FPGA是玩硬件编程。要了解FPGA的含义和用途，还要先从它的功能开始。

FPGA有什么功能？

首先我们来考虑一个问题。现在有一个LED，有一个按键，要实现按下按键点亮LED，应该怎么做呢？答案很简单，把电源、LED和按键全部串联在一起就行了。按下按键，电路接通，LED就会点亮。要用单片机来实现这个效果，基本的思路就是使用一个死循环，不停读取按键输入，然后把结果输出到LED。听起来用单片机完全就是多此一举嘛。那么现在来修改一下需求，有两个按键，要实现现在正好两个按键都按下或者都松开的情况时候点亮LED。用单片机来做并不需要做太多的修改，只需要在循环当中加入一些判断语句即可。如果这种情况下，还需要不使用任何芯片来控制LED，就不是连几条线的事情了。那么是不是说明单片机非常适合做这类的事情呢？其实并不是。考虑一下，如果这只是单片机需要做的事情的一部分，假如单片机还需要进行其他的处理，比如需要控制数码管刷新，也需要不断循坏。当很多这种需要不断循环的东西放到一起时，程序就不那么容易实现了，而且受限于单片机的性能，各个任务的响应速度也会受到影响。

那么有没有除了单片机以外的，更加直接一些的方法，用来实现以上的简单任务呢？比如有没有什么东西，正好有两个输入和一个输出，当且仅当两个输入全部为高或者全部为低的时候，输出高电平呢？答案是肯定的。有一种芯片，叫做74LS86，正好可以实现这个功能。功能类似的芯片还有很多，这类芯片就叫做逻辑们芯片，或者我们常说的74系列芯片（74是主要的逻辑芯片系列，但是也有很多其它系列的逻辑芯片）。他们的内部通常并不复杂，只有数量较少的三极管或者场效应管而已。有了这种芯片，电路设计就十分容易了，把按键接上74LS86的输入，把LED接上74LS86的输出，就能得到需要的效果。当然，如果有更多事情要做，就得加入更多的芯片了，因为单片74芯片通常只能实现非常有限的功能。而且，可想而知，不可能针对每一种特定的应用都会有特定的芯片，这样成本也太高了。也正是这个原因，才会有单片机这类的可编程器件，可以随时修改其实现的功能以满足不同的需要。似乎绕了一圈又回到了原点，并没有解决之前提到的问题，反而是带来了更多的问题。也确实不奇怪，发明单片机的一个目的就是代替一部分用74芯片实现的电路。

前言

Game Boy这个词，相信一定能勾起不少80后和90后的童年回忆。从简单的打砖块到精灵宝可梦、塞尔达传说，这个平台上出现过太多经典的作品。而Game Boy本身也是从1989年开始一直生产到了2009年，总销量超过一亿台，成为了历史上第二畅销的掌上游戏机。值得指出的是，虽然Game Boy一直生产到了2009年，但是其主要的结构更接近于80年代流行的如FC（红白机）一类的8位游戏机。巨大的销量使它成为了最容易得到的8位复古游戏机之一。这一特点吸引了不少热爱8位游戏独特视听感受的玩家购买游玩Game Boy，也吸引了不少独立游戏开发者。时至今日，依然有爱好者在为Game Boy平台开发新的游戏。而Game Boy这一特点不仅仅吸引了游戏玩家。作为一台8位机， Game Boy内置的四声部PSG（可编程音频发生器）可以产生8位机独有的芯片音乐Chiptune。因此Game Boy受到了不少芯片音乐爱好者的追捧，包括也出现了如LSDJ一类的Game Boy专用的编曲软件，专门用于进行Chiptune音乐的编曲制作。8位机本身结构简单易于理解的特点也使Game Boy成为了一部分高校课堂中使用的例子。如佐治亚理工大学开设了Game Boy游戏设计课程帮助学生学习理解计算机体系架构，而卡内基梅隆大学也把设计一台Game Boy作为其高级数字系统设计课程的课程设计选题之一。这一切，发生在其停产近10年后的今天，也证明了这个经典平台强大的生命力。

要游玩Game Boy的游戏，当然是需要一台Game Boy和一张游戏卡带。如果想要玩的游戏是曾经的商业游戏，那只需要购买一张二手的卡带即可。但是如果是爱好者自制的游戏（或者程序），或者想要在Game Boy上运行自己编写的游戏，那就没有那么轻松了。通常而言，商业游戏的卡带是只可读取不可写入的，而为了写入自己的游戏，则需要一张可以写入的Game Boy烧录卡。

目前市场上可以购买到一些现成的烧录卡，然而价格都比较高昂，通常超过Game Boy本身的好几倍。然而好在，Game Boy的技术资料很容易在网上找到，只要能了解其原理，自己设计并制作一张烧录卡是可以做到的。

这次做了一些使用GD32单片机的制作。虽然说GD32是和STM32寄存器级兼容的，确实可以直接使用ST提供的工具和代码，但是这么做明显是违反了ST的协议的（当然使用CMSIS是不违反协议的）。一个方案是使用GD提供的工具和源码库，但是这样如果在未来想要迁移回ST的话则又是给自己找麻烦，所以干脆使用开源的解决方案libopencm3，就没有问题了。顺便调试方案也选择OpenOCD吧，不然用SEGGER的二进制总觉得不太清真。

本文就简单记录下过程，方便以后参考。环境：Arch Linux。

安装必要的依赖

从官方源安装以下包：

# pacman -S arm-none-eabi-gcc arm-none-eabi-newlib

从AUR安装以下包：

• openocd

创建一个项目

这里基本参考libopencm3提供的例子进行：

$ mkdir project
$ cd project
$ git init .
$ git submodule add https://github.com/libopencm3/libopencm3
$ make -C libopencm3 -j5
$ wget -O libopencm3.rules.mk https://raw.githubusercontent.com/libopencm3/libopencm3-examples/master/examples/rules.mk
$ wget -O libopencm3.target.mk https://raw.githubusercontent.com/libopencm3/libopencm3-examples/master/examples/stm32/l1/Makefile.include
$ cp libopencm3/lib/stm32/f1/stm32f103x8.ld .

修改libopencm3.target.mk的最后一行为：

include ../libopencm3.rules.mk

随后建立一个新的src文件夹，随便从libopencm3-examples里面复制个例子过来（.c和Makefile），如下修改Makefile文件：

OPENCM3_DIR = ../libopencm3
LDSCRIPT = ../stm32f103x8.ld

include ../libopencm3.target.mk

直接make hex或者make bin应该就能生成二进制了

使用OpenOCD下载

这里使用SWD方式下载，需要稍微编辑下配置文件

$ cd /usr/share/openocd/scripts/interface
$ cp jlink.cfg jlink-swd.cfg

在里面加入一行 transport select swd 即可。

随后启动OpenOCD并进行烧录：

openocd -f interface/jlink-swd.cfg -f target/stm32f1x.cfg
telnet localhost 4444
reset halt
flash write_image erase project.hex
reset

算是之前的后续吧……一些调试6UL时遇到的事情，记录一下

解压U-boot格式的initrd

$ mkimage -l uImage

显示镜像信息

$ tail -c+65 < uImage > out

去掉文件头

$ tail -c+65  < uImage | gunzip > out

如果文件是gzip压缩的，可以获得压缩前的数据

如果是initramfs，可以用cpio -t < out 或 pax < out来显示文件系统内容。

另外可以尝试挂载文件系统

$ mount -ro loop out /mnt

将initrd打包成U-boot格式

$ umount /mnt
$ mdconfig -d -u 0

将initrd压缩

$ gzip initrd

创建uboot格式镜像

$ mkimage -A arm -T ramdisk -C none -n ramdisk -d initrd.gz ramdisk.uImage

这次这个屏幕其实买来已经很久了，是之前在香港淘的。其实也就是港铁上很常见的那种显示新闻、天气和广告等信息的LED屏幕。买的时候就随手查了下发现网上有资料，就买了，回来发现那个资料里根本没有引脚定义，于是就没继续动。今天有空找出来研究了一下，发现其实资料是有的，只是我之前没有仔细找。于是就点了一下咯。这个屏幕效果还是不错的。一共买了两块，做实验的这块是残缺品（买的时候没有注意看……），另外一块应该是全好的。

以下是具体信息

基本信息

• 型号：LUM-115HML300
• 类型：LED图形点阵
• 分辨率：48 x 24
• 灰度：红绿双色无灰度
• 控制器：ROHM自有
• 尺寸：192mm x 96mm

驱动信息

引脚定义：

CN1:

1. RamSelect(AB)
2. A4
3. A3
4. A2
5. A1
6. A0
7. GND
8. Green
9. Clock
10. WriteEnable
11. Red
12. AddressEnable
13. DispEnable

CN3:

1. GND
2. VLED
3. VLED
4. GNDLED
5. GNDLED
6. VDD

驱动代码：

void LED_WriteScreen()
{
  int i, j;
  for (i = 0; i < 24; i ++) {
    if ((i & 0x01) != 0) {LED_A0_HIGH();} else {LED_A0_LOW();}
    if ((i & 0x02) != 0) {LED_A1_HIGH();} else {LED_A1_LOW();}
    if ((i & 0x04) != 0) {LED_A2_HIGH();} else {LED_A2_LOW();}
    if ((i & 0x08) != 0) {LED_A3_HIGH();} else {LED_A3_LOW();}
    if ((i & 0x10) != 0) {LED_A4_HIGH();} else {LED_A4_LOW();}
    for (j = 0; j < 48; j++) {
      LED_CLK_LOW();
      if (dispBuffer_G[i*6 + j/8] & (0x01 << (j % 8))) LED_GR_HIGH(); else LED_GR_LOW();
      if (dispBuffer_R[i*6 + j/8] & (0x01 << (j % 8))) LED_RD_HIGH(); else LED_RD_LOW();
      LED_CLK_HIGH();
    }
    LED_CLK_LOW();
    Delay();
    LED_AE_HIGH();
    Delay();
    LED_WE_HIGH();
    Delay();
    LED_WE_LOW();
    Delay();
    LED_AE_LOW();
    Delay();
  }
}