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Logictools Overlay

Logictools overlay 包含了可編程邏輯硬件區塊來與外部數字邏輯電路連接。Python可以做出有限狀態機（Finite State Machine）、布爾型邏輯函數和數字模式。一個可編程開關連接了硬件區和外部IO引腳之間的輸入和輸出。Logictools overlay也可以通過追蹤分析器（trace analyzer）來捕捉IO接口傳來的數據，方便我們分析調試。

Logictools IP包含了4個主要硬件區塊

• 模式生成器
• FSM生成器（有限狀態機生成器）
• 布爾型生成器
• 跟蹤分析器

每一個區塊不需要匯編配置文件，這意味著一個配置可以直接加載到生成器里并立即執行。

PYNQ-Z2 logic tools

PYNQ-Z2 logictools overlay有兩個logictools邏輯控制處理器（LCP），一個與Arduino header連接，一個與RPI header連接。

Arduino header有20個引腳，RPI有26個引腳，他們可以用作為LCP的GPIO。

板上的4個LED和4個按鈕可以連接到任意一個LCP上，使得擴展輸入成為了可能。注意！LED和按鈕是共享的，在一個時刻只能被一個LCP使用。

布爾型生成器

與BaseOverlay不一樣，我們要用LogicToolsOverlay來導入對應的logictools.bit。所謂布爾型生成器，就是用與、或、異或、非來構成最終的布爾型輸出。在代碼里，我們用“&”、“|”、“^”、“~”來分別代表上面四個運算。接下來，我們先構建一個簡單的表達式：

LD2為班上的一個LED，PB3/0為板上的兩個按鈕。這里我們的運算就是PB3和PB0做異或運算后，把1/0賦值給LD2進行輸出。


從bit文件轉換出的logictools_olay類里，我們可以找到布爾型生成器，用其初始化一個布爾型生成器出來，并用上面的表達式配置該生成器，隨后用run來運行。

這時候，我們可以按動板上的PB0/3并觀察LD2，發現確實是按照異或法則進行的。

調用stop函數即可停止生成器運作。

剛剛，我們使用列表存儲了一個表達式，事實上，我們可以使用可讀性更高的字典來存儲表達式，并且我們可以存儲不止一個。

在上面的代碼中，我們除了存儲了異或門，還增加了一個與門。

模式生成器

接下來我們展示一下如何操作模式生成器的單步模式。需要注意，并不是所有的logictool庫中生成器都是單步的。

在這個例子里，我們只用python代碼來模擬電路，并用追蹤生成器捕捉到的波形來驗證我們的結果。

首先，我們導入logictools overlay，并通過代碼形式模擬波形。波形的構造滿足一定格式。用{‘signal’:[]}來表明輸入的信號波形。在[]內，我們逐一添加波形信息。格式為：{‘name’:’’, ’pin’:’’, ‘wave’:’lh.’}其中l代表low波，h表示high波，‘.’表示重復前面波形。

然后我們用logictools里的Waveform來將上述格式的信息轉換為板能識別的波形。

接下來，我們按照上圖代碼為我們的模擬內容增加一點東西。外層的{‘signal’:[]}框架不變，在[]里，我們將之前的4個模擬波形信號用列表的方式打包，并命名為‘stimulus’（列表的第一個元素為名稱），以同樣的格式增加一欄‘analysis’。輸出的效果如圖所示。Analysis欄并沒有任何輸出，這是因為我們還未用模式生成器來追蹤它。Waveform函數只是一個把代碼轉換成模擬波形并輸出的函數而已，不具備追蹤功能。

按照上圖代碼，我們生成一個模式生成器，其創建方式與布爾型生成器一模一樣。在配置setup的時候，我們傳入之前我們自己寫的波形數據，并把模擬信號和分析內容指示給他。隨后，我們調用模式生成器的step函數，即可跟蹤模擬信號。重復運行step函數，我們可以看到，analysis欄波形按照上面stimulus欄的波形進行輸出。

最后，在使用完后，使用reset進行重制。

FSM生成器

最后，我們用FSM生成器來生成一個FSM（有限狀態機）。這個例子中，我們做出來的FSM是一個格雷碼計數器，它有三個狀態位并可以通過8（即23）個狀態來計數。計數器的輸出是用格雷碼編寫的，這意味狀態之間的轉換只有一個2進制位會被改動（這是格雷碼的特性）。

自然，我們先寫入logictools.bit。

然后，我們編寫相應的狀態位。（下面的例子是Z1板上的，Z2板上并沒有D0之類的接口）

可以看出，要配置一個狀態機，我們所需要描繪其輸入、輸出、狀態、狀態變換規則。這些均采用FSM規范格式。

隨后，使用logictools里的FSM生成器創建一個，并用上面的對該狀態機進行配置。

通過show_state_diagram()函數，該狀態機會返回一個我們所定義的狀態機邏輯圖，如下圖所示。

為了能看到我們所寫的結果，我們需要根據之前的input那一欄把D0與GND連接（邏輯歸0），把D1連接到3.3V接口（邏輯歸1），這些接口在Arduino區域可以找到。

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• The reset input is connected to pin D0 of the Arduino connector

• • Connect the reset input to GND for normal operation
  • When the reset input is set to logic 1 (3.3V), the counter resets to state 000

• The direction input is connected to pin D1 of the Arduino connector

• • When the direction is set to logic 0, the counter counts down
  • Conversely, when the direction input is set to logic 1, the counter counts up
    
    使用run命令來運行我們生成的狀態機。

最后用stop命令來完成善后工作。

總結

以上是生活随笔為你收集整理的Logictools Overlay的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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