FPGA----ZCU106基于axi-hp通道的pl与ps数据交互（全网唯一最详）

1、大家好，今天给大家带来的内容是，基于AXI4协议的采用AXI-HP通道完成PL侧数据发送至PS侧（PS侧数据发送至PL侧并没有实现，但是保留了PL读取PS测数据的接口）

2、如果大家用到SoC这种高级功能，那大家应该对于AXI4协议已经很熟悉了，但本文侧重点为初学者直接提供可以上手的硬件实验，大佬请忽略。

3、AXI4协议的基础内容：

之前对于AXI4协议已经做过一些总结，但是总结的不好，下面重新进行总结。

（1）关于AXI4协议的视频课以及博客

FPGA-ZCU106-PL侧读写ddr4（全网唯一）_发光的沙子的博客-CSDN博客本次给大带来了ZCU106的PL侧读写ddr4的教程，本教程是全网唯一ZCU106教程。本教程采用的是xilinx的ddr4的IP核的AXI4接口开发的，因此需要先了解AXI4总线协议。https://blog.csdn.net/qq_37912811/article/details/125952512?spm=1001.2014.3001.5502这是我之前对AXI4协议的总结nullSDK篇_58~62_AXI接口简介【Xilinx】+【Vivado】+【AXI4总线】+【FPGA】共计5条视频，包括：58_AXI接口简介（第一讲）、59_AXI接口简介（第二讲）、60_AXI接口简介（第三讲）等，UP主更多精彩视频，请关注UP账号。https://www.bilibili.com/video/BV1gy4y1Y7zr/?spm_id_from=333.337.search-card.all.click&vd_source=6b401d1c7af4d19ac1a956340ac80699这是b站的课程，看完之后会对AXI4有更深的了解。

（2）AXI4协议的总结

①写时序

 写时序，主机向从机写入数据。

一：aw开头的信号是写地址协议。主机告诉从机，我要向awaddr这个地址写数据。

二：w开头的信号是写数据协议。主机告诉从机，我要向awaddr这个地址写入wdata这个数据。

三：b开头的写响应协议。从机高速主机，你写的操作是否成功。

以上三个步骤，均需要ready以及valid双握手，这两个信号同时高电平时，协议才能正常传输。

注意：M_AXI_WR_awlen这个信号代表了每组数据需要传输的次数，在最后一次传输时，M_AXI_WR_wlas信号置为高电平。M_AXI_WR_awsize代表每次传输的字节数大小。例如，1024bit数据传输，通道最大传输为128bit；则需要传输1024bit/128bit=8次，128bit/8=16byte。

②读时序

 读时序，从机向主机请求数据。

一：ar开头的信号是读地址协议。从机告诉主机，我要向araddr这个地址读数据。

二：r开头的信号是读数据协议。从机告诉主机，我要读取araddr这个地址对应的rdata这个数据。

三：没有读数据相应，rresp信号被包含在读数据协议中，用以指示读响应，表明读传输的状态。

4、PL侧向PS侧通过AXI-HP通道写入数据实验

(1)实验任务：PL侧生成数据，通过AXI-HP通道写入PS侧的ddr中。PS侧完成软件设计，完成对PL侧写来的数据处理。

(2)实验软硬件：Vivado 2019.1、ZCU106

(3)实验过程：

①建立工程：embedded_axi_hp，选择ZCU106器件

②进行PS侧设计：仅针对ZCU106

一、搜索ZYNQ添加器件后，点击红框自动布线

 二、设置ddr，经本人亲测，我的ddr只能用这个设置，大家自己多调一下看看吧，这儿挺坑的。

FPGA学习之路-ZCU106板子点亮PS侧LED_发光的沙子的博客-CSDN博客_zcu1061、本文章借鉴了ZCU106--PL+PS点灯_Junluoyu的博客-CSDN博客_zcu106、ZCU106开发之PS侧MIO闪灯_lixiaolin126的博客-CSDN博客https://blog.csdn.net/qq_37912811/article/details/121953910?spm=1001.2014.3001.5502三、去掉无用端口

四、添加HP0端口，位宽选择128位（HP支持32/64/128位，PG201） 。右键各个端口，点击Make External，变成下面这样。

五、添加地址，容量自己设定，我直接用的就是系统直接给分配好的。

 六、添加debug，等待一会，点击左上角的即可。

 

 七、设置复位模块，并点击右上角的自动布线按钮。最终变成下图。

 

 点击红框，弹出成功表示设计无误。

 

 八、输出产品，生成HDL

 九，编写PL侧数据生成代码以及AXI4读写协议，整个项目目录如下所示。

这里给出data_gen.v代码，其余代码请联系作者

`timescale 1ns / 1ps
//
// Company: 东北电力大学
// Engineer: Yang Zheng
// 
// Create Date: 2022/11/27 14:18:57
// Design Name: 
// Module Name: data_gen
// Project Name: 
// Target Devices: 
// Tool Versions: 
// Description: 
// 
// Dependencies: 
// 
// Revision:
// Revision 0.01 - File Created
// Additional Comments:
// 
//
 
 
module data_gen(
        input sys_clk,                  //系统时钟
        input sys_rst_n,                //系统复位，低电平有效
        //写
        output reg wr_en,               //写使能
        output reg [1023:0] wr_data,    //写数据
        output read_enable,             //写完成，开始读
        //读
        output reg rd_en,               //读使能
        input [1023:0] rd_data,         //读数据
        input rd_fifo_valid,            //读出数据时为高电平，由于ddr是512位的，因此我们需要计数4次，即每次读回4条数据;512/128=4
        input rd_fifo_wr_ack,            //写入数据为高电平
        //开始写入数据物理按钮
        input start_bnt
    );  
    //********************************************************************//
    //****************** Parameter and Internal Signal *******************//
    //********************************************************************//
    
    //parameter define
    parameter COUTER_MAX = 30'd5_000_000;//0.2s的时间计数器
    reg [29:0] time_counter = 'd0;
    //reg define
    reg [29:0] count = 'd0; //写入计数器
    reg wr_flag = 'd0; //写标志
    //********************************************************************//
    //***************************** Main Code ****************************//
    //********************************************************************//
    
    assign read_enable = wr_flag;
    
    //生成64个32位的数据并且写入PS侧
    //这里的 wr_data是输入到ddr的数据，wr_en是使能端口
    //这里的 wr_flag是可以ddr存有数据，因此可读标志
    always@(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n) begin
        if (sys_rst_n == 1'b0) begin
            wr_data <= 1024'd0;
            wr_en   <= 1'd0;
            wr_flag <= 1'b0;
            count <= 'd0;
        end
        else begin
            if (wr_flag == 1'b0 && count < 'd4 && start_bnt == 1'b0) begin
                //wr_en <= 1'd1;
                count <= count + 1'b1;// 1
            end
            else if(start_bnt == 1'b1) begin
                if (wr_flag == 1'b0 &&  count == 'd4) begin
                    wr_data <= {
                        32'd1 ,32'd2 ,32'd3 ,32'd4 ,32'd5 ,32'd6 ,32'd7 ,32'd8 ,
                        32'd9 ,32'd10,32'd11,32'd12,32'd13,32'd14,32'd15,32'd15,
                        32'd17,32'd18,32'd19,32'd20,32'd21,32'd22,32'd23,32'd24,
                        32'd25,32'd26,32'd27,32'd28,32'd29,32'd30,32'd31,32'd32
                    };
                    wr_en <= 1'd1;
                    count <= count + 1'b1;// 2
                end
                else if (wr_flag == 1'b0 && count == 'd5) begin
                    wr_data <= {
                        32'd33,32'd34,32'd35,32'd36,32'd37,32'd38,32'd39,32'd40,
                        32'd41,32'd42,32'd43,32'd44,32'd45,32'd46,32'd47,32'd48,
                        32'd49,32'd50,32'd51,32'd52,32'd53,32'd54,32'd55,32'd56,
                        32'd57,32'd58,32'd59,32'd60,32'd61,32'd62,32'd63,32'd64
                    };
                    wr_en <= 1'd1;
                    count <= count + 1'b1;// 3
                end
                else if (wr_flag == 1'b0 && count == 'd6) begin
                    wr_data <= {
                        32'd1 ,32'd2 ,32'd3 ,32'd4 ,32'd5 ,32'd6 ,32'd7 ,32'd8 ,
                        32'd9 ,32'd10,32'd11,32'd12,32'd13,32'd14,32'd15,32'd15,
                        32'd17,32'd18,32'd19,32'd20,32'd21,32'd22,32'd23,32'd24,
                        32'd25,32'd26,32'd27,32'd28,32'd29,32'd30,32'd31,32'd32
                    };
                    wr_en <= 1'd1;
                    count <= count + 1'b1;// 3
                end
                else if (wr_flag == 1'b0 && count == 'd7) begin
                    wr_flag <= 1'b1;
                    wr_en <= 1'd0;
                end
            end
        end
    end
    always@(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n) begin
        if(~sys_rst_n) begin
            time_counter <= 30'd0;
        end
        else begin
            if (wr_flag) begin
                time_counter <= time_counter + 1;
                if(time_counter == COUTER_MAX) begin
                    time_counter <= 30'd0;
                end
            end
        end
    end
    //根据写完成拉高读使能数据
    //这里的rd_en可以控制是否读取ddr，因此每次读取给出一个周期的高电平即可
    //一直读取
    always@(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n) begin
        if (~sys_rst_n) begin
            rd_en <= 1'd0;
        end
        //写完后等待0.2s开始读取数据
        else begin
            if(wr_flag == 1'b1 && time_counter == COUTER_MAX) begin//写完后等待0.2s
                rd_en<=1'd1;
            end
            else begin
                rd_en<=1'd0;
            end
        end
    end
endmodule

(4)实验结果：

一、仿真结果

可以看到数据已经写入到wdata信号，bresp响应0且bvalid为高电平说明已经将数据写入到PS侧。

二、硬件结果

这里给出helloword.c代码，由于传输数据量小，因此需要将缓存屏蔽掉。

#include 
#include "platform.h"
#include "xil_printf.h"
#include "xil_cache.h"
 
 
int main()
{
    //init_platform();
	Xil_DCacheDisable();
    print("Hello World\n\r");
 
    //cleanup_platform();
    return 0;
}

 5、结论及展望

以上就是本实验的全部内容。本实验完成了，PL侧自定义数据传输到PS侧，并在PS侧写加软件，完成了PL侧传入数据的求和功能，发挥了整个SoC的功能，为后续PL侧加速计算，PS侧数据分析奠定了基础。