Zynq的開發(fā)方式和開發(fā)工具

1、Zynq的開發(fā)四種方式

純PL開發(fā)，純PS開發(fā)（helloworld），PS+PL（無操作系統(tǒng)，跑裸跑程序），PS+PL（跑操作系統(tǒng)）。

1.1 純PL開發(fā)

這個和一般的xilinx的FPGA沒有很大的區(qū)別。

1.2 純PS開發(fā)

典型的就是helloworld工程， 一種是傳統(tǒng)的arm的方式。還一種就是xilinx方法，這個是生成一個elf文件，這個elf文件包括了硬件配置信息（xmp），和裸跑程序（c文件）。

1.3 PS+PL（不跑操作系統(tǒng)）開發(fā)

這個可以參考懶兔子博客二，三筆記，生成的elf文件包括了硬件配置信息（xmp），還有裸跑程序（c文件），另外還有一個.bit文件可以看出和純PS開發(fā)的區(qū)別了。

1.4 PS+PL（跑操作系統(tǒng)）開發(fā)

這個就需要BOOT.BIN,設(shè)備樹，linux內(nèi)核鏡像，文件系統(tǒng)了。

其中BOOT.BIN是由3部分組成的（boot.elf, .bit, fsbl.elf），boot.elf這個是由交叉編譯環(huán)境產(chǎn)生的，相當(dāng)于ssbl，.bit文件是PL使用文件，fsbl.elf這個是fsbl。

2、開發(fā)工具

2.1 獨(dú)立開發(fā)環(huán)境

PL—> Vivado

PS（ARM）–> SDK（Xilinx）或者第三方ARM開發(fā)工具

2.2 集成開發(fā)環(huán)境

SDSoC

2.3 獨(dú)立開發(fā)環(huán)境的四個步驟

（1） 系統(tǒng)架構(gòu)師確定硬件-軟件分區(qū)方案；

（2） 硬件工程師處理被分配到硬件中的功能，并將它們轉(zhuǎn)換或設(shè)計成IP核（Verilog/VHDL，也可用Vivado HLS實(shí)現(xiàn)C/C++高層次綜合）；

（3） 利用Vivado IP Integrator 創(chuàng)建整個嵌入式系統(tǒng)的模塊化設(shè)計。包括開發(fā)需要的數(shù)據(jù)移動工具（AXI-DMA、AXI Memory Master、AXI-FIFO 等），以及連接 PL IP 與 PS 的 AXI 接口（GP、HP 和 ACP），之后將此項(xiàng)目導(dǎo)入到SDK中；

（4） 軟件工程師使用SDK，開發(fā)PS中ARM處理器的驅(qū)動程序和應(yīng)用。

對于以硬件為中心的優(yōu)化流程，矛盾往往出現(xiàn)在不同的數(shù)據(jù)移動工具和PL-PS接口以及寫入和調(diào)試驅(qū)動程序與應(yīng)用，為避免重構(gòu)硬件造成軟件的變化，使得PS-PL開發(fā)更加緊密，賽靈思推出了SDSoC開發(fā)環(huán)境。將上述步驟（2）、（3）和（4）實(shí)現(xiàn)高度自動化，以縮短開發(fā)時間。該開發(fā)環(huán)境會生成必要的硬件和軟件組件，用以同步硬件和軟件并保存源程序語義，同時支持任務(wù)級并行處理和流水線化的通信與計算，從而實(shí)現(xiàn)高性能。SDSoC 環(huán)境會自動安排所有必要的賽靈思工具（Vivado、IP Integrator、HLS 和 SDK），以生成針對 Zynq SoC 的完整軟硬件系統(tǒng)，而且所需的用戶介入程度很小。

一個SDSoC設(shè)計項(xiàng)目是建立在一個“平臺”之上的。所謂“平臺”包含硬件平臺和軟件平臺兩個部分，是一個設(shè)計開發(fā)可以復(fù)用的基礎(chǔ)性系統(tǒng)。

平臺是利用標(biāo)準(zhǔn)的Vivado、SDK和OS工具創(chuàng)建的。硬件平臺（HPFM）定義了諸如處理系統(tǒng)（PS，Processing System）、I/O子系統(tǒng)、存儲器接口等，這些工作都基于一個定義明確的端口接口（AXI、AXI-S,、時鐘、復(fù)位、中斷）。軟件平臺（SPFM）定義了OS、設(shè)備驅(qū)動、啟動加載程序（boot loaders）、文件系統(tǒng)、庫等。

基于C/C++源代碼的定制和專用硬件和軟件，用戶可以擴(kuò)展平臺。

SDSoC將平臺作為獨(dú)立的解決方案空間，基于平臺提供的資源去生成用于解決方案的IP。每個解決方案都是為一個平臺裁剪而成的。

一個擴(kuò)展名為xpfm的文件包含了硬件描述符XML文件（HPFM）和軟件描述符XML文件（SPFM）位置的參考。

2.4 Vivado

Vivado是基于IP的設(shè)計，稱為block design（BD），調(diào)用已有的IP，用戶自己編寫的邏輯模塊也可以封裝成IP，然后在模塊blcok中連線。邏輯開發(fā)完畢，再轉(zhuǎn)到SDK，SDK會根據(jù)Vivado的硬件設(shè)計設(shè)置調(diào)用相應(yīng)的內(nèi)部驅(qū)動代碼。（PL部分就如同ARM的總線AXI等掛的外設(shè)）

2.5 SDK

SDK根據(jù)生成的.hdf文件匹配FSBL，只需添加main.c文件即可。

3、類似嵌入式 C/C++/OpenCL 應(yīng)用開發(fā)的體驗(yàn)–SDSoC

SDSoC? 開發(fā)環(huán)境可為異構(gòu) Zynq? AllProgrammable SoC 及 MPSoC 部署提供類似嵌入式 C/C++/OpenCL 應(yīng)用的開發(fā)體驗(yàn)，其中包括簡單易用的 Eclipse IDE 和綜合設(shè)計環(huán)境。SDSoC 提供業(yè)界首款 C/C++/OpenCL 全系統(tǒng)優(yōu)化編譯器，可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)級的特性描述、可編程邏輯中的自動軟件加速、自動系統(tǒng)連接生成以及可加速編程的各種庫。此外，它還可幫助最終用戶及第三方平臺開發(fā)人員快速定義、集成和驗(yàn)證系統(tǒng)級解決方案，為其最終用戶實(shí)現(xiàn)定制化編程環(huán)境。（軟件工程師能夠?qū)?Zynq SoC 中的可編程邏輯和 ARM 處理系統(tǒng)進(jìn)行編程）

? 簡單易用的 EclipseIDE 可用于開發(fā)支持嵌入式 C/C++/OpenCL 應(yīng)用的全面 Zynq All Programmable SoC 和 MPSoC 系統(tǒng)

? 只需一點(diǎn)按鈕，就可對可編程邏輯 (PL) 中的功能進(jìn)行加速

? 支持作為目標(biāo) OS 的裸機(jī)、Linux 與 FreeRTOS

? Xilinx 庫作為 Vivado HLS 的一部分，由聯(lián)盟成員提供，是可選硬件優(yōu)化的庫。

? OpenCL 在 2016.3 版中為早期的測試版。請聯(lián)系您的當(dāng)?shù)劁N售代表提出申請

下圖展示的是一個基于基礎(chǔ)平臺的完整SDSoC設(shè)計的整體結(jié)構(gòu)。需要加速的C/C++/SystemC功能成為了FPGA可編程邏輯（PL）中的IP，而其他功能保留在處理器系統(tǒng)（PS）中。同時，SDSoC會在那些IP和PS系統(tǒng)間自動生成互連。

3.1 系統(tǒng)級的特性描述

? 快速性能估算與面積估算可在幾分鐘內(nèi)完成，包括 PS、數(shù)據(jù)通信以及 PL

? 高速緩存、存儲器以及總線利用率的自動運(yùn)行時儀表

? 可實(shí)現(xiàn)最佳總體系統(tǒng)架構(gòu)的便捷生成與探索

3.2 全系統(tǒng)優(yōu)化編譯器

? 可將C/C++/OpenCL 應(yīng)用編譯成全功能 Zynq SoC 與 MPSoC 系統(tǒng)

? 可在生成 ARM 軟件與 FPGA 比特流的可編程邏輯中實(shí)現(xiàn)自動功能加速

? 不僅可優(yōu)化系統(tǒng)連接，而且還支持吞吐量、時延以及面積權(quán)衡的快速系統(tǒng)探索

3.3 SDSoC開發(fā)流程

① SDSoC 環(huán)境使用快速估算流程（通過調(diào)用內(nèi)含的Vivado HLS）構(gòu)建應(yīng)用項(xiàng)目。這樣在數(shù)分鐘內(nèi)就能大致估算出性能和資源情況。

② 如果有必要，用適當(dāng)?shù)闹噶顑?yōu)化 C/C++ 應(yīng)用和硬件功能，并重新運(yùn)行估算直到實(shí)現(xiàn)所需的性能和占位面積。

③ 然后，SDSoC 環(huán)境構(gòu)建整個系統(tǒng)。該過程會生成完整的 Vivado Design Suite 項(xiàng)目和比特流，以及一個針對 Linux、FreeRTOS 或裸機(jī)的可引導(dǎo)的運(yùn)行時間軟件映像。