Zynq開發(fā)的四種方式和步驟

Zynq的開發(fā)四種方式

ZYNQ中包含了兩個(gè)部分，雙核的arm和FPGA。根據(jù)XILINX提供的手冊(cè)，arm模塊被稱為PS，而FPGA模塊被稱為PL。

ZYNQ內(nèi)部包含PS和PL兩部分，ZYNQ開發(fā)有一下四種方式：

A：純PS開發(fā)

PS中包含2個(gè)ARM Cortex-9的內(nèi)核，一些基本的外設(shè)擴(kuò)展口以及Memory接口。PS中包含以下4個(gè)主要功能模塊：

Application processor unit （APU）

Memory interfaces

I/O peripherals （IOP）

Interconnect

PS開發(fā)有兩種方式：即傳統(tǒng)的arm的方式和xilinx方法（這個(gè)是生成一個(gè)elf文件，這個(gè)elf文件包括了硬件配置信息（xmp）和裸跑程序（c文件））。

B：純PL開發(fā)

PL即FPGA，這個(gè)和一般的xilinx的FPGA沒有很大的區(qū)別。

C：PS+PL（不跑操作系統(tǒng)）開發(fā)

生成elf文件包括了硬件配置信息（xmp）和裸跑程序（c文件），還有一個(gè).bit文件。

D：PS+PL（跑操作系統(tǒng)）開發(fā)

這個(gè)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(gè)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(gè)是fsbl。

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(gè)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，并將其轉(zhuǎn)換或設(shè)計(jì)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(gè)嵌入式系統(tǒng)的模塊化設(shè)計(jì)。包括開發(fā)需要的數(shù)據(jù)移動(dòng)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(dòng)程序和應(yīng)用。

對(duì)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(dòng)工具和PL-PS接口以及寫入和調(diào)試驅(qū)動(dòng)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(dòng)化，以縮短開發(fā)時(shí)間。該開發(fā)環(huán)境會(huì)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(shí)支持任務(wù)級(jí)并行處理和流水線化的通信與計(jì)算，從而實(shí)現(xiàn)高性能。SDSoC 環(huán)境會(huì)自動(dòng)安排所有必要的賽靈思工具（Vivado、IP Integrator、HLS 和 SDK），以生成針對(duì) 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(gè)SDSoC設(shè)計(jì)項(xiàng)目是建立在一個(gè)“平臺(tái)”之上的。所謂“平臺(tái)”，包含硬件平臺(tái)和軟件平臺(tái)兩個(gè)部分，是一個(gè)設(shè)計(jì)開發(fā)可以復(fù)用的基礎(chǔ)性系統(tǒng)。

平臺(tái)是利用標(biāo)準(zhǔn)的Vivado、SDK和OS工具創(chuàng)建的。硬件平臺(tái)（HPFM）定義了諸如處理系統(tǒng)（PS，Processing System）、I/O子系統(tǒng)、存儲(chǔ)器接口等，這些工作都基于一個(gè)定義明確的端口接口（AXI、AXI-S，、時(shí)鐘、復(fù)位、中斷）。軟件平臺(tái)（SPFM）定義了OS、設(shè)備驅(qū)動(dòng)、啟動(dòng)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(tái)。

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

一個(gè)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(jì)，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(huì)根據(jù)Vivado的硬件設(shè)計(jì)設(shè)置調(diào)用相應(yīng)的內(nèi)部驅(qū)動(dòng)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。

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(jiǎn)單易用的 Eclipse IDE 和綜合設(shè)計(jì)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(jí)的特性描述、可編程邏輯中的自動(dòng)軟件加速、自動(dòng)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(tái)開發(fā)人員快速定義、集成和驗(yàn)證系統(tǒng)級(jí)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(jiǎn)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(duì)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(cè)試版。請(qǐng)聯(lián)系您的當(dāng)?shù)劁N售代表提出申請(qǐng)。

下圖展示的是一個(gè)基于基礎(chǔ)平臺(tái)的完整SDSoC設(shè)計(jì)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(shí)，SDSoC會(huì)在那些IP和PS系統(tǒng)間自動(dòng)生成互連。

3.1 系統(tǒng)級(jí)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(chǔ)器以及總線利用率的自動(dòng)運(yùn)行時(shí)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(dòng)功能加速。

? 不僅可優(yōu)化系統(tǒng)連接，而且還支持吞吐量、時(shí)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(gè)系統(tǒng)。該過程會(huì)生成完整的 Vivado Design Suite 項(xiàng)目和比特流，以及一個(gè)針對(duì) Linux、FreeRTOS 或裸機(jī)的可引導(dǎo)的運(yùn)行時(shí)間軟件映像。