Tang Nano 9K是一款基于高云半导体小蜜蜂系列GW1NR-LV9 FPGA芯片的高性价比、入门级开发板。其丰富的逻辑资源（约8640个LUT4）、嵌入式块状RAM（B-SRAM）和灵活的I/O，使其成为在单芯片上实现并运行完整PicoRV32 RISC-V软核及其外围硬件系统的绝佳选择。

一、核心优势：为何选择Tang Nano 9K？

1. 充足的逻辑资源：GW1NR-LV9 FPGA提供了足够的可编程逻辑单元，能够轻松容纳PicoRV32这样的精简RISC-V内核（通常仅需1000-2000个LUTs），并为后续扩展复杂的自定义外设或加速器预留了广阔空间。
2. 集成存储与PLL：板载的嵌入式存储块可用于实现软核的指令与数据存储器（如RAM或ROM），而片内锁相环（PLL）则能生成系统所需的各种时钟频率，确保了系统的高效与稳定运行。
3. 丰富的外设接口：开发板自带RGB LED、按键、用户IO扩展接口、SPI Flash（用于存储FPGA配置文件和软核程序）等，为连接和模拟各类外设提供了硬件基础。

二、系统设计：模拟PicoRV32软核与完整外设生态

在Tang Nano 9K上构建一个完整的微处理器系统，通常包含以下核心模块，全部通过硬件描述语言（如Verilog）设计并集成：

1. PicoRV32 RISC-V CPU软核：作为系统的中央处理器。这是一个高度可配置、最小化的32位RISC-V实现，支持RV32IMC指令集。设计时需将其作为一个模块实例化，并连接至系统总线。
2. 片上存储器系统：

• 指令存储器（IMEM）：通常使用FPGA的块RAM实现，用于存储CPU执行的程序代码。

• 数据存储器（DMEM）：同样使用块RAM，作为CPU运行时的工作RAM。

• 内存映射：设计一个地址解码器，为不同的外设（如UART、GPIO、定时器）分配唯一的地址空间。

1. 系统总线：通常采用简单的Wishbone或AXI4-Lite等总线协议，作为CPU与所有外设之间通信的标准化通道，实现模块化的设计。
2. 关键外设IP核（硬件设计）：

• 通用异步收发器（UART）：用于与PC进行串行通信，是调试和输入输出的关键。

• 通用输入输出（GPIO）：控制板载LED、读取按键状态，并连接外部扩展设备。

• 系统定时器（Timer）：提供精确的时间基准，用于任务调度、延时等。

• SPI控制器：用于读写板载SPI Flash，可以实现“程序存储于Flash、上电后加载至RAM运行”的典型嵌入式工作流程。

• 脉冲宽度调制（PWM）：可用于控制LED亮度或电机速度。

三、开发流程与工具链

1. 硬件设计与综合：使用高云云源软件（Gowin EDA）进行Verilog编码、综合、布局布线和生成比特流文件。将PicoRV32源码与自编写的外设模块一同集成到顶层设计中。
2. 软件程序开发：利用RISC-V GNU工具链（如riscv-gcc）编写C/C++应用程序。通过链接脚本，将程序代码定位到设计好的存储器地址空间中。
3. 系统集成与调试：

• 将编译好的软件程序（.bin或.hex文件）初始化到FPGA设计中的ROM/BRAM里，或通过UART引导加载。

• 通过Gowin EDA的逻辑分析仪工具进行内部信号抓取调试。

• 最终将完整的比特流文件下载到Tang Nano 9K的SPI Flash中，实现上电自启动运行。

四、应用与展望

成功在Tang Nano 9K上运行PicoRV32及全套外设，标志着一个真正意义上的片上系统（SoC）的实现。开发者可以在此基础上：

• 深入学习计算机体系结构：理解CPU、总线、存储与外设如何协同工作。
• 进行嵌入式开发实践：编写驱动程序，控制各种硬件。
• 实现定制化加速：利用富余的FPGA资源，为PicoRV32添加专用的硬件加速引擎（如算法加速器），探索软硬件协同设计的魅力。

Tang Nano 9K以其亲民的价格和恰到好处的资源，为FPGA和RISC-V爱好者提供了一个从零开始搭建并理解一个完整、可实际运行的计算系统的完美沙盒。通过将PicoRV32软核与所有必需的外设硬件集成于一体，开发者能够获得从底层硬件到上层软件的端到端设计体验。