xilinx ZYNQ7000系列基本開(kāi)發(fā)流程之PS端

這篇文章記錄ZYNQ7020的PS端的基本開(kāi)發(fā)流程，關(guān)于PL端的開(kāi)發(fā)流程，參考之前文章，這里放個(gè)超鏈接。

本篇文章，以配置一個(gè)PS端的UART外設(shè)，并打印一句話《hello ZYNQ7020,Author:liushuhe 2020.11.26》來(lái)演示

ZYNQ7020的基本開(kāi)發(fā)流程，本篇文章需要一點(diǎn)點(diǎn)的C語(yǔ)言知識(shí)，不會(huì)也不影響實(shí)驗(yàn)的，跟著步驟做就行了。

一、任務(wù)分工

ZYNQ芯片分為PL和PS，PS端的IO分配相對(duì)是固定的，不能任意分配，雖然PS端的ARM是硬核，但是在ZYNQ當(dāng)中也要將ARM硬核添加到工程當(dāng)中才能使用，FPGA工程師負(fù)責(zé)把Vivado工程搭建好，提供好硬件給軟件開(kāi)發(fā)人員，軟件開(kāi)發(fā)人員便能在這個(gè)基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)應(yīng)用程序 ，軟件開(kāi)發(fā)人員，不用關(guān)心FPGA的部分。

二、FPGA工程師搭建硬件平臺(tái)

我們這里演示搭建一個(gè)帶UART和arm A9處理器的硬件平臺(tái)

1.1、建立vivado工程

創(chuàng)建一個(gè)“ps_uart”的工程，具體過(guò)程，參考我文章開(kāi)頭超鏈接文章；

1.2、點(diǎn)擊“Create Block Design”，創(chuàng)建一個(gè)Block設(shè)計(jì)，也就是圖形化設(shè)計(jì)

1.3、“Design name”可以不修改，我改成ps_uart便于識(shí)別

1.4、點(diǎn)擊“Add IP”快捷圖標(biāo)

1.5、搜索“zynq”，在搜索結(jié)果列表中雙擊“ZYNQ7 Processing System

1.6、雙擊Block圖中的“processing_system7_0”（直接雙擊藍(lán)色區(qū)域），配置相關(guān)參數(shù)

1.7、首先出現(xiàn)的界面是ZYNQ硬核的架構(gòu)圖，可以很清楚看到它的結(jié)構(gòu)，可以參考 官方文檔，在官網(wǎng)搜索ug585 即可

1.8、圖中綠色部分是可配置模塊，可以點(diǎn)擊進(jìn)入相應(yīng)的編輯界面

1.9、也可以在左側(cè)的窗口進(jìn)入編輯 ，下面分別介紹左側(cè)選項(xiàng)代表的功能；

2.0、Zynq 塊設(shè)計(jì)參數(shù)配置，單擊綠色塊右下角，可以進(jìn)行參數(shù)配置

2.1、PS-PL Configuration 配置界面，主要是進(jìn)行PS與PL之間接口的配置，主要是AXI接口，這些接口可以擴(kuò)展PL端的AXI接口外設(shè)

核。

2.2、我們這篇文章是PS開(kāi)發(fā)流程，關(guān)于PS-PL Configuration 配置在這里保持默認(rèn)，在后面的實(shí)驗(yàn)中我再補(bǔ)充

2.3、外設(shè)配置，ZYNQ的PS端外設(shè)很多是復(fù)用的 ，同一引腳可以配置為不同的功能

zynq內(nèi)部只有2個(gè)串口，UART0、UART1、我們看UART0可以接在（10、11）/（14、15）/（18、19）/（22、23）/（26、27）

2.4、配置串口，我們的ps_uart需要一個(gè)串口來(lái)打印消息，查看ZYNQ7020開(kāi)發(fā)板的原理圖

從原理圖看出，ZYNQ的PS端的串口，連接的是MIO12、MIO13端口，并且電源是3.3v

2.5、從I/O分配看，MIO12、MIO13是串口1，在MIO12、MIO13引腳對(duì)應(yīng)串口上單擊，會(huì)看見(jiàn)該模塊變?yōu)榫G色，即代表分配成功

關(guān)于BANK0、BANK1的電壓，由于創(chuàng)龍沒(méi)有給核心板的原理圖，但是給了一個(gè)WORD的描述文檔，大家也要熟悉這個(gè)方式

國(guó)內(nèi)很多廠家都是這樣，屬于技術(shù)保密

按照上述表格分配UART1電壓和引腳

2.6、配置QSPI，QSPI可以作為ZYNQ的啟動(dòng)存儲(chǔ)設(shè)備，ZYNQ可以通過(guò)讀取QSPI中存儲(chǔ)的啟動(dòng)文件加載ARM和FPGA

從核心板word表格和創(chuàng)龍給的例程，得知我們選擇Quad SPI Flash為Single SS 4bit IO

2.7、配置以太網(wǎng)，在PS端設(shè)計(jì)有以太網(wǎng)接口

1、根據(jù)原理圖選擇Ethernet 0到MIO16-MIO27

電壓是1.8v

2、配置PHY寄存器配置接口，選擇MDIO并配置到MIO52-MIO53

2.8、配置USB0到MIO28-MIO39

2.9、ZYNQ還可以SD卡啟動(dòng)

查看底板原理圖，選擇 SD 0，配置到 MIO40-MIO45，選擇Card Detection MIO0，用于檢測(cè) SD 卡的插入。

1、配置SD0

2、選擇Card Detection MIO0，用于檢測(cè)SD卡的插入

3.0、控制剩余未分配的MIO，用作GPIO ，打開(kāi)GPIO MIO，PS便可以配置

1、雙擊GPIO MIO當(dāng)出現(xiàn)打鉤的提示時(shí)，軟件會(huì)自動(dòng)把我們未使用到的IO分配為GPIO

2、到這里引腳分配全部完成，如果以后做實(shí)驗(yàn)需要配置其他外設(shè)，可以參考這個(gè)文章，作相應(yīng)的修改即可

3.1、MIO配置

修改 Enet0的電平標(biāo)準(zhǔn)為 HSTL 1.8V， Speed 為 fast，這些參數(shù)非常重要，如果不修改，網(wǎng)絡(luò)可能不通。其他部分保持默認(rèn)。

3.2、時(shí)鐘配置

在“Clock Configuration”選項(xiàng)卡中我們可以配置PS時(shí)鐘輸入時(shí)鐘頻率，這里默認(rèn)是33.333333，和板子上一致，不用修改，

CPU 頻率改為 767Mhz，同時(shí) PS 還可以給 PL 端提供 4 路時(shí)鐘，頻率可以配置，這里不需要，所以保持默認(rèn)即可。

還有 PS 端外設(shè)的時(shí)鐘等也可以進(jìn)行配置，這里保持默認(rèn)。

3.3、DDR3配置

在“DDR Configuration”選項(xiàng)卡中可以配置PS端ddr的參數(shù)

根據(jù)創(chuàng)龍的例程，內(nèi)存芯片我們選擇《MT41K256M16 RE-125》，Effective DRAM Bus Width 選擇《32bit》

其他部分保持默認(rèn)，點(diǎn)擊OK

3.4、到這里ZYNQ核的配置完成，我們配置參數(shù)及導(dǎo)出硬件信息

1、點(diǎn)擊“Run Block Automation”，vivado軟件會(huì)自動(dòng)完成一些導(dǎo)出端口的工作

2、按照默認(rèn)點(diǎn)擊“OK”

3、連接FCLK_CLK0到M_AXI_GP0_ACLK，按Ctrl+S保存設(shè)計(jì)

4、選擇Block設(shè)計(jì)，右鍵“Create HDL Wrapper...”,創(chuàng)建一個(gè)Verilog或VHDL文件，為ps_uart生成HDL頂層文件

5、在彈出對(duì)話框，選擇讓vivado軟件自動(dòng)更新 頂層文件

6、展開(kāi)設(shè)計(jì)可以看到PS被當(dāng)成一個(gè)普通IP來(lái)使用 ，之前生成那個(gè)頂層文件，其實(shí)就是為了把我們的硬件配置

生成一個(gè)IP核，供我們調(diào)用

7、選擇block設(shè)計(jì)，右鍵“Generate Output Products”，此步驟會(huì)生成block的輸出文件，包括IP，例化模板， RTL 源文件， XDC 約束，第三方綜合源文件等等。供后續(xù)操作使用。

8、點(diǎn)擊“Generate”

9、PS端的引腳不需要綁定 ，因?yàn)樵谏傻腎P文件包含了PS端引腳分配的XDC文件

在IP Sources，Block Designs->ps_uart->Synthesis中，可以看到處理器的XDC文件，綁定了PS端的IO，因此不需要再新建XDC綁定這些引腳

10、在菜單欄“File -> Export -> Export Hardware...”導(dǎo)出硬件信息，這里就包含了 PS 端的配置信息。

11、在彈出的對(duì)話框中點(diǎn)擊“OK”

12、因?yàn)槲覀冞@個(gè)實(shí)驗(yàn)僅僅是使用了PS的串口，不需要PL參與，這里就沒(méi)有使能“Include bitstream” ，關(guān)于PS-PL的聯(lián)合實(shí)驗(yàn)，我會(huì)另寫(xiě)一篇

13、此時(shí)會(huì)多出 xx.sdk 文件夾，并且有個(gè) hdf 文件，這個(gè)文件就是這個(gè)文件就包含了 Vivado 硬件設(shè)計(jì)的信息，供軟件開(kāi)發(fā)人員使用。

14、到此為止， FPGA 工程師工作告一段落，剩下的工作交給ARM軟件開(kāi)發(fā)人員。

二、ARM軟件編寫(xiě)C語(yǔ)言程序，在串口打印一句話《hello ZYNQ7020,Author:liushuhe 2020.11.26》

1、點(diǎn)擊Vivado菜單“File -> Launch SDK”，啟動(dòng)SDK

2、在彈出的對(duì)話框選擇OK

3、啟動(dòng)SDK后我們會(huì)看到一個(gè)文件夾，有一個(gè)名為"system.hdf”文件，這個(gè)文件就包含了

Vivado硬件設(shè)計(jì)的信息，可以給軟件開(kāi)發(fā)使用，也可以看到 PS 端外設(shè)的寄存器列表。

4、在SDK的菜單“New -> Application Project”，建立一個(gè)APP工程

4、在彈出的對(duì)話框中，“Project name”填寫(xiě)“ps_uart_hello”，硬件平臺(tái)選擇我們自己定義的ps_uart_wrapper_hw_platform

語(yǔ)言C、其他默認(rèn)，點(diǎn)擊“Next”

5、模板選擇《hello world》，點(diǎn)擊Finish

6、可以看到SDK創(chuàng)建了一個(gè)“ps_uart_hello”目錄，還有一個(gè)“ps_usrt_hello_bsp”的目錄，在“ps_usrt_hello_bsp”目錄中可以找到很多有用的信息，軟件開(kāi)發(fā)人員比較清楚，BSP也就是Board Support Package板級(jí)支持包的意思，里面包含了開(kāi)發(fā)所需要的驅(qū)動(dòng)文件，用于應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)。

7、雙擊“system.mss”，還可以看到有些PS外設(shè)還提供了例程，這是用來(lái)了解學(xué)習(xí)這些外設(shè)的

第一手資料。驅(qū)動(dòng)文檔說(shuō)明可以在 Documentation 中找到。通過(guò) Import Examples 引入官方

例子，加快學(xué)習(xí)。

8、連接JTAG線到開(kāi)發(fā)板、UART的USB線到PC

9、打開(kāi)串口終端調(diào)試工具，串口根據(jù)電腦的COM口設(shè)置，波特率設(shè)置為115200

10、將開(kāi)發(fā)板的啟動(dòng)模式設(shè)置到JTAG模式

開(kāi)發(fā)板設(shè)置撥碼為【010101（1~6 JTAG模式）】、【100101（1~6 QSPI模式）】、【101001（1~6 SD卡模式】

11、給開(kāi)發(fā)板上電，準(zhǔn)備運(yùn)行程序

1、修改helloword.c，將printf打印修改為printf("hello ZYNQ7020,Author:liushuhe 2020.11.26 ");

2、編譯代碼，右鍵單擊ps_uart_hello，在彈出的列表選擇Build Project，編譯完成可以看看沒(méi)有報(bào)錯(cuò)

12、選擇“ps_uart_hello”，右鍵“Run as”，選擇第一個(gè)“Launch on Hardware(SystemDebuger)”，使用系統(tǒng)調(diào)試，直接運(yùn)行程序。

13、可以看到串口沒(méi)有任何輸出

14、為了保證系統(tǒng)的可靠調(diào)試，需要添加一個(gè)配置，右鍵“Run As -> Run Configuration...”

15、選擇“Reset entire system”復(fù)位整個(gè)系統(tǒng)，如果系統(tǒng)中還有PL設(shè)計(jì)，還必須選擇“ProgramFPGA”，再次點(diǎn)擊“Run”

16、點(diǎn)擊“OK”，確認(rèn)重新運(yùn)行

17、這次就可以看到熟悉《hello ZYNQ7020,Author:liushuhe 2020.11.26》顯示出來(lái)了

三、Debug調(diào)試

1、除了“Run As”，還可以“Debug As”，這樣可以設(shè)置斷點(diǎn)，單步運(yùn)行

2、進(jìn)入Debug模式 ，程序會(huì)自動(dòng)運(yùn)行到main函數(shù)處

3、和其他開(kāi)發(fā)工具一樣，我們也可以逐步運(yùn)行、設(shè)置斷點(diǎn)

4、窗口右上角，有2個(gè)按鈕可以方便我們?cè)赿ebug和編輯模式之間進(jìn)行切換

四、到此，關(guān)于ZYNQ7020 的PS端基本開(kāi)發(fā)流程，全部跑通，關(guān)于PS-PL的聯(lián)合實(shí)驗(yàn)，待我另寫(xiě)一篇。

審核編輯：湯梓紅