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12. 虛擬開發板#

沒有 iCEBreaker 也能「燒錄」：IDE 的 ⚡ 虛擬板畫出一塊 iCEBreaker（含 PMOD2 擴充板：5 顆 LED、3 個按鈕）， 把你的設計放上去跑，按鈕可以按、LED 會亮，還能接序列埠終端機、外接模組與麵包板。 它在自己的背景執行緒裡執行，不會卡住編輯器。

三種模式#

模式 跑的是什麼 速度 何時用
位元流（真實）（預設） 合成 → 自己的佈局繞線 → .bin，再把位元流解碼回電路逐週期模擬 小設計可達即時，大設計較慢 確認燒進真晶片會怎樣（連佈局繞線都包含在內）
網表（快速） iCE40 對應後的網表，不佈局繞線 快很多 改設計、看行為
CPU（C 程式，即時） 專案的 .c 在指令集模擬器上跑，周邊、記憶體映射、每個指令的時脈數與 RvSoc 相同 即時 12 MHz C 程式（「C 程式」範例的預設）
  • 燒錄後狀態列顯示虛擬時間與「真實的幾倍」；速度選單可選「不超過即時」或「最快」，也可以暫停。
  • ⟲ 重新上電：從頭開始（所有暫存器回到 0，和真晶片一樣）。
  • 📂 .bin（或直接拖放到板子上）：載入任何 iCE40UP5K 的位元流，例如 v2c fpga --bin 或 nextpnr + icepack 做的。
  • ⬇ .bin 下載目前的位元流，iceprog 就能燒進真的板子。

從命令列做出來、拿到虛擬板上跑：

v2c fpga --pnr veryl --pcf counter.pcf --bin counter.bin counter.veryl

然後把 counter.bin 拖到虛擬板上。

操作#

動作 怎麼做
按按鈕 用滑鼠按住；或鍵盤 0 = BTN_N（板上按鈕）、1–3 = BTN1–BTN3
鎖住按鈕 Shift+點擊（再點一次放開）
看腳位 滑鼠移到腳上：設計的哪個埠、目前的電位；「設計沒有用到」的腳也會標出

LED 的亮度依「亮的時間比例」顯示，所以 PWM 調光、多工掃描的七段顯示器看起來和真的一樣。

腳位：📌#

設計的每個埠接到哪支腳由專案的 pins.pcf 決定（格式見第 7 章）。📌 腳位對話框列出每個埠，下拉選腳位， 「套用並燒錄」會寫回 pins.pcf 再燒一次。也可以直接在編輯器改 pins.pcf。

USB 終端機 🖥#

接到 FPGA 的腳 6（RX，電腦 → FPGA）與 9（TX，FPGA → 電腦）。

  • 打字，按 Enter 送出；程式送回的字顯示在上方。
  • 鮑率選單：每位元時脈數 = 12 MHz ÷ 鮑率。另有「每位元 8 拍」給測試用的設計（例如 UartLoop）。
  • 出現「格式錯誤」通常是鮑率和設計不一致。

PMOD 外接模組#

PMOD1A、PMOD1B 各可插一個模組：

模組 接法
8 顆 LED 腳 1–4、7–10 → LED 0–7（高電位亮）
8 個開關 點一下切換；腳 1–4、7–10 = 開關 0–7
七段顯示器（2 位） 腳 1–4、7–9 = 段 a–g，腳 10 = 選位（多工掃描）
VGA 螢幕 PmodVGA 的接法，佔 1A + 1B；顯示 640×480 畫面
蜂鳴器 腳 1 的方波；勾 🔊 聲音才會發聲

PMOD1A 的腳：1–4 = 4、2、47、45，7–10 = 3、48、46、44；PMOD1B：1–4 = 43、38、34、31，7–10 = 42、36、32、28。

麵包板 🧪#

勾選 🧪 麵包板，板子旁邊出現一塊麵包板，可以拿 PMOD 的腳接自己的電路。

  • 零件：導線、電阻、LED、按鈕、開關。
  • 放置：選工具，點兩個孔放零件（LED 先點正極）。
  • 刪除：選取後按 Delete，或按右鍵。
  • 操作：按住按鈕、點一下開關。

它是一個簡化的電路模型：

  • 銅條、電源軌、導線、按下的按鈕、閉合的開關把孔連成同一個節點。
  • 電阻提供「弱」的電位（上拉 / 下拉）。
  • LED 正極比負極高就亮。

下列情況會顯示警告：

  • 短路（例如 FPGA 輸出直接接到 GND）；
  • LED 沒有串聯限流電阻；
  • 輸入腳浮接（要加上拉或下拉電阻）。

已經插了 PMOD 模組的腳不能再接麵包板。

分享實驗#

一個實驗包含檔案、pins.pcf、模組、麵包板。分享方式有兩種：

  • 🔗 分享實驗（產生連結）：整個實驗壓縮進網址（index.html#lab=…），對方打開就匯入成新專案，不需要任何伺服器。
  • 匯出實驗檔 .lab.json：用 ⇪ 匯入打開。

tutorial/labs.tw.md 是用虛擬板上課的 8 個實驗講義，每個實驗都是一個 #ex=…&board=1 連結。

和真的板子差在哪#

  • 位元流模式模擬的是位元流裡的邏輯與繞線，沒有類比效應：沒有延遲造成的毛刺，沒有亞穩態。
  • 不模擬時序違規：Fmax 低於 12 MHz 的設計在這裡照樣正常，在真晶片上不會。請看 v2c fpga 印出的 Fmax。
  • 按鈕沒有彈跳。
  • 板子的圖是示意圖。