ZYNQ入门

目录

一、ZYNQ简介

二、vivado工程

①创建工程

 ②添加设计文件

③生产顶层HDL模块

④生成 Bitstream 文件并导

 三、vitis工程

①启动vitis

 ②创建工程

③编译与下载

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一、ZYNQ简介

ZYNQ 是赛灵思公司（Xilinx）推出的新一代全可编程片上系统（APSoC），它将处理器的软件可编程性与 FPGA 的硬件可编程性进行完美整合，以提供无与伦比的系统性能、灵活性与可扩展性。与传统SoC 解决方案不同的是，高度灵活的可编程逻辑（FPGA）可以实现系统的优化和差异化，允许添加定制外设与加速器，从而适应各种广泛的应用。

ZYNQ芯片总统框图：

ZYNQ 是由两个主要部分组成的：一个由双核 ARM Cortex-A9 为核心构成的处理系统（PS，
Processing System）和FPGA 的可编程逻辑（PL， Programmable Logic）部分。

ZYNQ 架构的简化模型如上图所示。

PS 具有固定的架构，包含了处理器和系统的存储器；PL 是灵活的，由使用者定制外设。

这里记录一下vivado和vitsi软件的使用过程。

二、vivado工程

①创建工程

 进入到工程名字创建和位置指定

 

选择开发板型号

创建成功后，来到主界面

 

 Vivado 工程主界面中的主要子窗口：

①Flow Navigator：Flow Navigator 提供对命令和工具的访问，其包含从设计输入到生成比特流的整个过程。 在点击了相应的命令时，整个 Vivado 工程主界面的各个子窗口可能会作出相应的更改。

②数据窗口区域：这个区域显示的是设计源文件和数据相关的信息
        • Sources 窗口： 显示层次结构（Hierarchy）、 IP 源文件（IP Sources）、库（Libraries）和编译顺序（Compile Order）的视图。
        • Netlist 窗口： 提供分析后的（elaborated）或综合后的（synthesized）逻辑设计的分层视图。

③Properties 窗口： 显示有关所选逻辑对象或器件资源的特性信息

④工作空间（Workspace）： 工作区显示了具有图形界面的窗口和需要更多屏幕空间的窗口，包括：

         • Project Summary。提供了当前工程的摘要信息，它在运行设计命令时动态地更新。
        • 用于显示和编辑基于文本的文件和报告的 Text Editor。
        • 原理图（Schematic）窗口。
        • 器件（Device）窗口。
        • 封装（Package）窗口。

⑤结果窗口区域：在 Vivado 中所运行的命令的状态和结果，显示在结果窗口区域中，这是一组子窗口的集合。在运行命令、生成消息、创建日志文件和报告文件时，相关信息将显示在此区域。

        • Tcl Console： 允许您输入 Tcl 命令，并查看以前的命令和输出的历史记录
        • Messages： 显示当前设计的所有消息，按进程和严重性分类，包括“Error”、“Critical
                Warning”、“Warning”
        • Log： 显示由综合、实现和仿真 run 创建的日志文件。
        • Reports： 提供对整个设计流程中的活动 run 所生成的报告的快速访问。
        • Designs Runs： 管理当前工程的 runs。

⑥主工具栏： 主工具栏提供了对 Vivado中最常用命令的单击访问

⑦主菜单： 主菜单栏提供对 Vivado命令的访问

⑧窗口布局（Layout）选择器： Vivado 提供预定义的窗口布局，以方便设计过程中的各种任务。布局选择器使您能够轻松地更改窗口布局
 

 ②添加设计文件

点击 Create Block Design,创建一个Block设计。名字可以不用改。

然后点击add IP图标，添加IP核

搜索zynq，在搜索结果列表中双击“ ZYNQ7 Processing System”

 出现如下图：

 可以双击processing_system7_0 ZYNQ7 Processing，配置相关参数，如下图

在 Zynq Block Design 页面，显示了 Zynq 处理系统（ PS）的各种可配置块，其中灰色部分是固定的，绿色部分是可配置的，按工程实际需求配置。可以直接单击各种可配置块（以绿色突出显示）进入相应的配置页面进行配置，也可以选择左侧的页导航面板进行系统配置。

PS-PL Configuration：配置 PS-PL 接口，包括 AXI、 HP 和 ACP 总线接口

Peripheral IO Pins：为不同的 I/O 外设选择 MIO/EMIO 配置

MIO Configuration ：为不同的 I/O 外设具体配置 MIO/EMIO

Clock Configuration ：配置 PS 输入时钟、外设时钟，以及 DDR 和 CPU 时钟

DDR Configuration ：设置 DDR 控制器配置信息

SMC Timing Calculation ：于执行 SMC 时序计算

Interrupts ：配置 PS-PL 中断端口。
 

 本次使用基本上不用设置，点击ok退出。

 点击上图中箭头所指示的位置“Run Block Automation”，会弹出如下图所示的对话框

 在该界面中可以选择自动连接 IP 模块的接口， 包括导出外部端口，甚至可以自动添加模块互联过
程中所需的 IP。 本次设计中只有一个 IP 模块， 在左侧确认勾选 processing_system7_0，然后点击“ OK”。

将FCLK_CLK0和M_AXI_GPO_ACLK连接起来。

 部分接口介绍：

M_AXI_GP0：通用（ General Purpose） AXI 接口，它包含了一组信号。 首字母 M 表示 PS 作为主机（ Master）， PL 中的外设作为从机（ Slave） 

M_AXI_GP0_ACLK ：是M_AXI_GP0全局时钟信号，它是一个输入信号， M_AXI_GP0 接口的所有信号都是在这个全局时钟的上升沿采样的

FCLK_CLK0 ：PS 输出的时钟信号， 它将作为 PL 中外设模块的时钟源。 这个时钟由 PS 中的 IO PLL产生， 频率范围可以从 0.1 到 250MHz， 在配置 ZYNQ7 PS 的时候， 该时钟默认为 50MHz。

FCLK_RESET0_N ：由 PS 输出到 PL 的全局复位信号，低电平有效。
 

 按快捷键 Ctrl+S 保存当前设计，验证当前设计。

 如果验证结果报出错误或者警告，大家需要重新检查自己的设计。

③生产顶层HDL模块

  在 Sources 窗口中，选中 Design Sources 下的 .bd文件, 这就是刚刚完成的 Block Design 设计。

依次点击如下执行 

 

 在对话框中 Synthesis Options 选择 Global； Run Setings 用于设置生成过程中要使用的处理器的线程数，进行多线程处理， 保持默认或设置为个人电脑处理器最大可使用线程数都可以，一般选择最大可使用线程数的一般。然后点击“Generate”来生成设计的综合、实现和仿真文件。

在“ Generate”过程中会为设计生成所有需要的输出结果。 比如 Vivado 工具会自动生成处理系统的 XDC约束文件，因此不需要手动对 ZYNQ PS 引出的接口（ DDR 和 FIXED_IO） 进行管脚分配。

然后选择“Create HDL Wrapper”，在弹出的对话框中确认勾选“ Let Vivado manage wrapper and auto-update”， 然后点击“ OK”。如下图

 .v 为创建的 Verilog 文件，当前模块为顶层模块。 该模块使用 Verilog HDL 对设计进行封装， 主要完成了对 block design 的例化。勾选了“ Let Vivado manage wrapper and auto-update”， 在修改了 Block Design 之后就不需要再重新生成顶层模块， Vivado 工具会自动更新该文件。

注意：若使用了PL的资源，比如说一些引脚，需要配置EMIO，并且为EMIO分配引脚，添加约束文件。对引脚进行约束配置：

点击”Flow Navigator“窗口中的”Open Elaborated Design“按钮，会先进行分析与综合。Vivado会编译RTL源文件进行全面的语法检查，并且给出相应的Error和Warning。打开分析后（Elaborated）的设计后，Vivado会生成顶层原理图视图，并在默认view layout中显示设计。

根据自己开发板设置引脚编号和电平（此处也需要结合原理图确定）。设置完成后点击保存，并自行输入管脚约束文件的文件名。之后会记录相关笔记。对应本次实验来说不需要操作这里。
 

④生成 Bitstream 文件并导

如果设计中使用了 PL 的资源，则需要添加引脚约束并对该设计进行综合、实现并生成 Bitstream 文件。

在菜单栏选择 File > Export > Export hardware

在弹出的对话框中，因为没有生成 bitstream 文件，所以无需勾选“ Include bitstream”，直接点击“ OK”按钮。
 

选择保存路径和名字，在 Export Hardware 的过程中， 工具会将硬件以一个 ZIP 压缩文件的形式导出到该工作空间中。

 导出后，工程目录下会出现如下压缩包。

 三、vitis工程

①启动vitis

 ②创建工程

选择vivado工程目录

 创建工程

 选择刚刚那个xsa文件

 添加工程名字

 

这里选择hello worlf作为演示实验，后面一般选择Empty Application。

打开后工作区如下：

 在启动 vitis之前，我们将硬件以一个 ZIP 压缩文件的形式导出到软件的工作空间。 在vitis启动时，该文件会自动解压， 可以在左侧看到解压后的所有文件。 其中红框部分包含了 Zynq SOC 处理系统的初始化代码，以及 DDR、时钟、 pll 和 MIO 的初始化设置信息。在初始化过程中，vitsi 使用这些信息去配置相应的模块， 使得应用程序能够在 PS 上运行。

③编译与下载

编译整个工程

 先下载PL部分，点击Program Device

 点击Program即可。下载完成后，开发板的done指示灯会亮起。

然后下载PS部分

 点击工程名，点击Run As,然后，等待进度条下载完成。

然后打开串口

 

 

 

配置串口信息，这里配置信息是在vivado中要和uart配置的信息一致。

打开串口可以看到例程输出的两个print语句内容。 

 

 代码解析：

 init_platform 函数的作用是使能 caches 和初始化 uart； cleanup_platform 函数的作用是取消使
能 caches。 实际上这两个函数在该工程中并没有启动任何作用，因为这两个函数是针对于特定平台如Microblaze 的，对于我们使用的 ZYNQ 平台而言是不起作用的，所以 main 函数中只需包含 print语句就可以了，出于平台的通用性和可移植性，此处保留这两个函数。

注意程序中打印字符串“ Hello World”使用的是 print()函数，而不是 C 语言里的 printf()函数。
print()函数是 Xilinx 定义的一个用于打印字符串的函数，调用该函数需要包含头文件“ xil_printf.h”。