最简单的LED流水灯（含源码）

一、文档实现功能介绍

本文档实现在 VIVADO 下面新建一个 FPGA 开发工程，然后采用时序和计数实现 LED 的流水显示， 工程新建方法请参考文档《开发软件安装和介绍/VIVADO简介及软件下新建ZYNQ工程教程》。

二、ZYNQ 工程建立

三、具体实现步骤

首先工程管理栏点击 Add Sources 添加我们需要编写设计的流水灯代码文件：

弹出的界面勾选Add or create design sources，表示添加或者新建一个设计文档，然后点击next：

然后点击Create File，弹出的子对话框中，File Type默认是verilog，如果采用VHDL编写，则选择为VHDL。我们默认采用verilog。File Name填入verilog文件名，我们这里填入的是led_stream。然后点击OK。

点击Finish完成文档创建。

点击Finish之后，弹出对应文档的模块名称。这里我们默认led_stream，然后点击OK。

然后在弹出的对话框默认点击OK。

我们可以看到，led_stream模块和文档已经在设计文件层次窗口中。

我们双击打开led_stream然后对其进行编辑，添加如下代码（代码请从对应的demo拷贝，这里拷贝pdf文字格式会发生变化）：

module led_stream(
   output reg [3:0] led, // LED4 to LED1, 1 on, 0 off
   input           clk,  // FPGA PL clock, 50 MHz
   input            rst_n // FPGA reset pin
 );
   reg [31:0] cnt;
   reg [1:0]  led_on_number;
      //clock input 50000000
   parameter CLOCK_FREQ  =50000000;
   parameter COUNTER_MAX_CNT=CLOCK_FREQ/2-1;   //change time 0.5s
   always @(posedge clk, negedge rst_n) begin
      if(!rst_n) begin
         cnt <= 32'd0;
         led_on_number <= 2'd0; end
      else begin
      cnt <= cnt + 1'b1;
      if(cnt == COUNTER_MAX_CNT) begin//计数0.5s
         cnt <= 32'd0;
         led_on_number <= led_on_number + 1'b1;
      end
   end
end
   always @(led_on_number) begin
      case(led_on_number)
         0: led <= 4'b0001;
         1: led <= 4'b0010;
         2: led <= 4'b0100;
         3: led <= 4'b1000;
      endcase
   end
endmodule

代码中，晶振使用的外部晶振，50M频率，所以CLOCK_FREQ为50*1000*1000，我们让一个计数器cnt从0计数到50M晶振频率下的半秒钟时间的值改变led输出，所以计数器最大值等于CLOCK_FREQ/2-1=24999999，即让led_on_number自动加1，然后清零重新计数。led_on_number为2位，到3之后变为0重新计数，led_on_number状态数值对应0-3范围，最终通过代码的case语句来选择点亮哪一个led，将四个LED对应的LED位置1。

开始综合，点击工程管理栏的Run Synthesis：

然后弹出的对话框点击Save：

然后弹出的Launch Runs对话框根据电脑配置选择Jobs数量（代表综合消耗的进线程，VIVADO目前已验证过支持12线程，采用锐龙的R5-2600X处理器，因为它是6核12线程），由于这里电脑配置是I7-7700K，四核八线程，所以最多可以选择8个。综合过程很耗CPU性能，所以如果想要综合过程中流畅使用电脑，可以少选两个线程。选完线程数量，点击OK进行综合（综合过程很慢，请耐心等待）：

综合状态可以在右上角看到已经开始运行。

完成综合后，弹出的综合完成对话框中我们点击Cancel取消。不要进行Implementation。

四、引脚绑定

由于我们还没有进行管脚绑定，所以我们需要先绑定管脚在进行Implementation实现，最后布局布线最后生成BIT文件。我们接下来进行绑定管脚。我们点击工程管理栏的RTL ANALYSIS下面的>open Elaborated Design：

弹出的对话框我们选择OK：

然后右上角，软件运行状态下面的视图选择。我们默认是Default Layout，但是我们要进行IO绑定，我们选择I/OPlanning。

选择I/OPlanning之后出现如下视图，在下面窗口部分，I/OPorts即可进行IO管脚绑定。根据原理图绑定的管脚如下所示，LED和时钟，按钮复位信号均为3.3V电平标准，LVCMOS33，关于引脚，大家可以查阅原理图和硬件手册，下图：复位使用我们板子的KEY3(FPGA_KEY2),引脚绑定如下图：

按下ctrl+s保存，弹出的保存对话框，填入管脚约束文件名。我们这里取为led_stream：

五、生成BIT文件

我们点击工程管理栏的PROGRAM AND DEBUG下面的Generate Bitestream生成BIT文件。（也可以先点击IMPLEMENTATION下面的Run implementation先进行实现，实现包括布局布线，这里直接省车bit文件包含了实现操作）。弹出的对话框为综合信息过期。这里默认点击OK（由于软件综合后才能有模块的顶层引脚信息，才能进行绑定管脚。我们绑定管脚之后，软件认为工程信息发生了变更所以需要再次综合）。

接着还会弹出综合线程数量对话框。我们也选择默认（这里使用的电脑最大是8），然后点击OK。然后软件开始了生成比特流的一系列工作。总流程是：综合->实现（布局布线）->生成bit文件。

我们等待软件运行这些操作结束，结束后弹出如下对话框，这里我们选择打开硬件管理器Open Hardware Mnager：

六、下载验证

上一节步骤，弹出的硬件管理界面，这个时候可以插上我们的ZYNQ开发板的下载器USB接口（TYPE-C的JTAG口），开发板上电。

我们打开VIVADO硬件管理的方式也可以从左下角Open hardware manager打开。我们点击上方Opentarget：

弹出的下拉界面选择点击Auto target，自动连接目标开发板。点击之后待连接完成。

连接完成之后，可以看到Hardware窗口出现了两个设备，一个是arm的dap，一个是xc7z20芯片。上方我们点击Program Device进行烧写配置（断电就丢失。需要下载到FLASH的方法成我们在后面专门的教程继续详细介绍步骤），除了点击上Program device，还可以选中xc7z020右键选择program来烧写BIT：

弹出的烧写对话框，默认都不改动，其中Bitstream file表示选择的bit文件，也就是上面我们生成的bit文件。点击program：

烧写完成。我们可以看到四个PL的LED以0.5秒周期流动亮起。本节教程结束。