FPGA使用笔记：GPIO操作方式（用于测试设备io驱动性能）

一、前言

使用FPGA测试IO速率，用于后续驱动高速AD/DA等高速芯片做铺垫，很多芯片的驱动都是使用并行接口，不是使用专用接口的，这样采样速率的快慢就有CPU的时许周期决定了。

本文测试FPGA和STM32，后续如果用到更快的芯片也会补充此文，如果是带linux系统的，可以参照此贴

二、环境

编译软件QuartusII13.1、Keil5

语法Verilog、C

芯片EP4CE6F17C、STM32F407、STM32H750

三、正文

1.FPGA的EP4CE6F17C芯片测试

测试程序

module top_fpga(
 //global signal
 input clk, //50MHz
 
 //led
 output testF7, //high active
 output testD6 //high active
);
 
 //寄存器定义kbq,测试IO翻转速率
reg [31:0] timer1=0;
reg led_1=0;
reg led_2=0;
assign testF7 = led_1;
assign testD6 = led_2;
always @(posedge clk)
 if (timer1 == 32'd49) //1 秒计数(50M-1=49_999_999) （1ms d49_999）（1us d49）（100ns d4）（）（）
 timer1 <= 0; //计数器清零
 else
 timer1 <= timer1 + 1'b1; //计数器加 1
//LED 控制
always @(posedge clk)
	begin	//最快的时钟翻转速率，50M晶振20ns周期，实测io翻转20ns，一周期40ns
		led_1 <= !led_1; //LED 点亮 
		led_2 <= !led_1; //LED 点亮
	end
// if (timer1 == 32'd29)//计数器计到 0.5 us
//	begin	
//		led_1 <= 1'b1; //LED 点亮
//		led_2 <= 1'b1; //LED 点亮
//	end
// else if (timer1 == 32'd49) //计数器计到 1 us
//	begin	
//	led_1 <= 1'b0; //LED 灯灭
//	led_2 <= 1'b0; //LED 灯灭
//	end
// else
//	begin
//	led_1 <= led_1;
//	led_2 <= led_2;
//	end
endmodule

采用的是50M外部晶振给到时钟引脚，然后定时器判断时钟来翻转io高低电平，最终测试直接判断时钟上升沿，就翻转io状态，测试结果就是时钟的速率，50MHz的时钟周期是20ns，测试也是20ns电平保持，40ns周期。多个引脚同时控制，也不会有等待延迟，周期与单个引脚一样

使用逻辑分析仪测试结果如下图

使用示波器测试结果如下图

感觉这个还没有达到FPGA的极限，只是时钟晶振的极限，详细更快速的测试需要在多摸索摸索找找方法。也欢迎各位大佬指点提示。

2.STM32F407芯片测试

3.STM32H750芯片测试

无延时控制高低电平翻转，使用单个引脚周期最快在150ns左右，双个引脚周期就变成了300ns左右，3个引脚周期变成了400ns左右，说明stm32的引脚控制逻辑是串行的，一个一个去控制，当有多个引脚同时驱动某芯片时，时许周期就不是特别容易控制的了，下图是单个引脚测试图（无法上传，CSDN出BUG了，看文字就行了）

四、结语