FPGA LED点阵控制项目

1. 项目概述

本项目是一个基于FPGA的LED点阵显示和控制系统。它使用树莓派（Raspberry Pi）作为上位机（主控制器），通过SPI通信协议向FPGA发送指令和数据，以驱动一个8x8的RGB LED点阵显示各种图案、动画和效果。

项目还包含一个简单的UART接收模块，用于基础的通信测试。

2. 系统功能与架构

主要功能 (SPI控制)

1. 上位机控制：

   • 树莓派上运行一个Rust程序 (Rasberry/spi.rs)，作为SPI总线的主机。
   • 该程序提供了一个命令行界面，用户可以选择不同的显示模式，如单点亮、图片显示、动画播放等。

2. SPI通信：

   • 树莓派根据用户选择的模式，将指令和像素数据通过SPI总线发送给FPGA。

3. FPGA处理：

   • FPGA内部的 SPI_slave_wrapper.sv 模块作为SPI从机，接收数据并将其存入一个4KB大小的内部存储器（BRAM）中。
   • 一个状态机从存储器中读取数据，解析为[指令, 行地址, 列数据]的格式。
   • 解析后的指令被传递给 LED_Matrix.sv 模块。

4. LED驱动：

   • LED_Matrix.sv 模块根据收到的指令，通过高速的逐行扫描方式，驱动LED点阵的物理引脚，从而在视觉上形成稳定、清晰的图像或动画。

次要功能 (UART测试)

• 项目包含一个简单的UART接收模块 (uart_rx.sv) 和一个对应的Python测试脚本 (Rasberry/uart.py)。
• 树莓派可以通过UART发送一个特定字节 (0xFF)，FPGA接收到后会点亮一个测试LED，用于验证FPGA与上位机之间的基本硬件连接。此功能与主要的LED显示逻辑是独立的。

3. 使用到的技术

• FPGA端：
  • 语言：SystemVerilog
  • 硬件：FPGA开发板、8x8 RGB LED点阵
• 上位机端：
  • 硬件：树莓派
  • 语言：
    • Rust (使用 rppal 库进行SPI控制)
    • Python (使用 pyserial 库进行UART测试)
• 通信协议：
  • SPI (主要控制)
  • UART (用于测试)
• 约束与实现：
  • 使用Xilinx Design Constraints (.xdc) 文件进行引脚和时序约束。

4. 项目结构说明

fpga/
├── bitstream/         # 存放生成的用于配置FPGA的比特流文件 (.bit)
├── constraints/       # 存放Xilinx约束文件 (.xdc)
├── LED_Matrix/        # LED点阵的核心驱动逻辑和测试文件
├── Rasberry/          # 树莓派上运行的上位机软件 (Rust和Python)
├── Simulation/        # 仿真波形等文件
├── SPI/               # SPI从机接口、顶层封装和测试文件
├── UART/              # UART接收模块
└── 说明文档/          # 其他相关文档

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