1.1 硬件介紹

我們從原理圖中可以看到 ZYNQ 芯片分為PL和PS，PS端的IO分配相對是固定的，不能任意分配，而且不需要在Vivado軟件里分配管腳，雖然本實(shí)驗(yàn)僅僅使用了PS，但是還要建立一個Vivado工程，用來配置PS管腳。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。前面章節(jié)介紹的是代碼形式的工程，本章開始介紹ZYNQ的圖形化方式建立工程。

FPGA工程師工作內(nèi)容

下面介紹FPGA工程師負(fù)責(zé)內(nèi)容。

1.2 Vivado工程建立

1)創(chuàng)建一個名為“ps_hello”的工程，建立過程不再贅述，參考“PL的”Hello World”LED實(shí)驗(yàn)”。

2)點(diǎn)擊“Create Block Design”，創(chuàng)建一個Block設(shè)計(jì)

3)“Design name”這里不做修改，保持默認(rèn)“design_1”，這里可以根據(jù)需要修改，不過名字要盡量簡短，否則在Windows下編譯會有問題。

? ? ? ?

4)點(diǎn)擊“Add IP”快捷圖標(biāo)

5)搜索“PS”，在搜索結(jié)果列表中雙擊”Control,Interfaces & Processing System”

6)點(diǎn)擊Run Block Automation

7)配置如下，點(diǎn)擊OK

8)自動連接如下

9)雙擊CIPS進(jìn)行配置

點(diǎn)擊PSPMC進(jìn)行配置

? ?

10)配置QSPI，EMMC，SD

選擇相應(yīng)MIO

11)勾選USB 2.0，GEM0，UART0，TTC，GPIO等外設(shè)

配置外設(shè)

12)將MIO24配置成GPIO輸入，對應(yīng)PS端按鍵，MIO25配置成GPIO輸出，對應(yīng)PS端LED燈

13)在clocking中，將參考時鐘設(shè)置更精確些

14)將內(nèi)部中斷都勾選上，配置完成，點(diǎn)擊OK

15)點(diǎn)擊Finish

16)雙擊AXI NoC配置DDR4

選擇參考時鐘和system clock

DDR Address Region 1選擇NONE，點(diǎn)擊OK

17)修改引腳名稱

雙擊配置sys_clk的頻率為200MHz

18)選擇Block設(shè)計(jì)，右鍵“Create HDL Wrapper...”,創(chuàng)建一個Verilog或VHDL文件，為block design生成HDL頂層文件。

19)保持默認(rèn)選項(xiàng)，點(diǎn)擊“OK”

20)添加約束

21)Generate Device Image

22)完成后取消

23)File->Export->Export Hardware...

此時在工程目錄下可以看到xsa文件，這個文件就包含了Vivado硬件設(shè)計(jì)的信息，可交由軟件開發(fā)人員使用。

到此為止，F(xiàn)PGA工程師工作告一段落。

軟件工程師工作內(nèi)容

Vitis工程目錄為“ps_hello/vitis”

以下為軟件工程師負(fù)責(zé)內(nèi)容。

1.3 Vitis調(diào)試

1.3.1 創(chuàng)建Application工程

1)新建一個文件夾，將vivado導(dǎo)出的xx.xsa文件拷貝進(jìn)來。

2)Vitis是獨(dú)立的軟件，可以雙擊Vitis軟件打開，也可以通過在Vivado軟件中選擇ToolsàLaunch Vitis打開Vitis軟件

在歡迎界面，點(diǎn)擊Open Workspace，選擇之前新建的文件夾，點(diǎn)擊”O(jiān)K”

3)啟動Vitis之后界面如下，點(diǎn)擊“Create Platform Component”，這個選項(xiàng)會創(chuàng)建Platfrom工程，Platform工程類似于以前版本的hardware platform，包含了硬件支持的相關(guān)文件以及BSP。

4)第一頁填寫Component name和路徑，保持默認(rèn)，點(diǎn)擊Next

5)選擇(XSA，選擇“Browse”，選擇之前生成的xsa，點(diǎn)擊打開，之后點(diǎn)擊Next

6)選擇操作系統(tǒng)和處理器，這里保持默認(rèn)

7)點(diǎn)擊Finish完成

8)生成之后出現(xiàn)窗口界面，以下是一些窗口介紹，與之前版本的Vitis界面有相似之處，但差別也比較大。

9)可以在Flow窗口編譯平臺

沒有錯誤狀態(tài)

10)點(diǎn)擊左側(cè)Example，這里面有很多官方的例程，與以前版本也比較類似，選擇Hello World

11)點(diǎn)擊創(chuàng)建工程

12)填寫工程名稱和路徑，保持默認(rèn)

13)選中平臺

14)點(diǎn)擊Next

15)完成

16)選中hello_world，點(diǎn)擊Build

1.3.2 下載調(diào)試

1)連接JTAG線到開發(fā)板、UART的USB線到PC

2)在上電之前最好將開發(fā)板的啟動模式設(shè)置到JTAG模式，拔到”O(jiān)N”的位置

3)開發(fā)板上電，并且打開串口調(diào)試工具，點(diǎn)擊Flow中的Run

4)這個時候觀察串口調(diào)試工具，即可以看到輸出”Hello World”

1.4 固化程序

普通的FPGA一般是可以從flash啟動，或者被動加載，在第一章的PMC架構(gòu)中已經(jīng)介紹啟動過程，這里不再介紹。

在Flow中選擇Creat Boot Image，彈出的窗口中可以看到生成的BIF文件路徑，BIF文件是生成BOOT文件的配置文件，還有生成的Output Image文件路徑，也就是生成BOOT.pdi文件，它是我們需要的啟動文件，可以放到SD卡啟動，也可以燒寫到QSPI Flash。

在生成的目錄下可以找到boot.pdi文件

1.4.1 SD卡啟動測試

1)格式化SD卡，只能格式化為FAT32格式，其他格式無法啟動

? ? ? ? ?

2)放入boot.pdi文件，放在根目錄

3)SD卡插入開發(fā)板的SD卡插槽

4)啟動模式調(diào)整為SD卡啟動

? ?

5)打開串口軟件，上電啟動，即可看到打印信息，紅色框?yàn)镕SBL啟動信息，黃色箭頭部分為執(zhí)行的應(yīng)用程序helloworld

1.4.2 QSPI啟動測試

1)在Vitis菜單Vitis -> Program Flash

2)Image FIle文件選擇要燒寫的boot.pdi。選擇Verify after flash，F(xiàn)lash Type選擇qspi-x8-dual_parallel，在燒寫完成后校驗(yàn)flash。

3)點(diǎn)擊Program等待燒寫完成

4)設(shè)置啟動模式為QSPI，再次啟動，可以在串口軟件里看到與SD同樣的啟動效果。

1.5 本章小結(jié)

本章從FPGA工程師和軟件工程師兩者角度出發(fā)，介紹了Versal開發(fā)的經(jīng)典流程，F(xiàn)PGA工程師的主要工作是搭建好硬件平臺，提供硬件描述文件xsa給軟件工程師，軟件工程師在此基礎(chǔ)上開發(fā)應(yīng)用程序。本章是一個簡單的例子介紹了FPGA和軟件工程師協(xié)同工作，后續(xù)還會牽涉到PS與PL之間的聯(lián)合調(diào)試，較為復(fù)雜，也是Versal開發(fā)的核心部分。

同時也介紹了FSBL，啟動文件的制作，SD卡啟動方式，QSPI下載及啟動方式。

審核編輯：劉清