ZYNQ笔记（一）：hello world

版本：Vivado2020.2（Vitis）

任务：配置ZYNQ 及其 UART，串口打印 hello world

目录

一、ZYNQ 介绍

二、开发流程

三、硬件设计

四、软件设计

五、效果

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一、ZYNQ 介绍

        ZYNQ 是赛灵思(Xilinx)公司推出的全可编程片上系统(All Programmable SoC)，它将双核ARM Cortex-A9处理器与 Xilinx 7系列FPGA架构紧密集成在单一芯片上。

ZYNQ 主要由两大子系统构成：

1. 处理系统(PS - Processing System)

   • 双核ARM Cortex-A9 MPCore处理器(最高1GHz)

   • 丰富的外设接口(DDR控制器、USB、UART、SPI、I2C等)

   • 存储器接口(支持DDR2/DDR3/LPDDR2)

   • 通用外设控制器

2. 可编程逻辑(PL - Programmable Logic)

   • 基于Xilinx 7系列FPGA架构

   • 可配置逻辑块(CLB)、DSP切片、Block RAM

   • 可编程I/O

关键特性

• 高性能处理+灵活可编程：ARM处理器处理复杂算法，FPGA实现高速并行处理

• AXI互联：PS与PL通过多种AXI接口高速通信(包括GP、HP、ACP接口)

• 低功耗设计：适合嵌入式应用

• 丰富外设：集成常用外设控制器，减少外围电路

二、开发流程

        ZYNQ开发流程分为软硬件两个部分。硬件部分包括：BD设计、配置IP、约束管脚、生成比特流文件；软件部分就是Vitis/SDK中进行软件设计。设计检查无误后，接着Create HDL Wrapper、管脚约束（PL端KEY、LED）、Gnerate Bitstream、Export Hardware（包含比特流文件）、启动Vitis/SDK

三、硬件设计

        （1）新建工程后创建 BlockDesign（bd设计），取名为system

        （2） 添加 ZYNQ IP

        （3）双击进行 ZYNQ 配置

        （4）配置界面如图：左侧分别为块设计、PS-PL配置、外设IO引脚、MIO配置、时钟配置、DDR配置（系统的运行需要存储器的支持，一般选择使用外挂的 DDR3 芯片，因此需要用到 PS 中的 DDR3 控制器）、SMC 时序计算、中断。每个部分配置过程不再赘述，用什么就相应取配置，没有使用到的可以配置去掉，详细操作参考了B站正点原子的视频。

        （5）串口打印需要配置UART，结合自己开发板的引脚进行配置，我的开发板原理图显示UART接口在 GPIO MIO 48、49引脚上，因此配置需要选对应的管脚。

         此外UART默认波特率115200，这里不作修改

      （3）最后整体bd设计部分如图所示：接下来按照步骤操作

        1.“Validate Design”：检查设计连接是否有误，无误后继续下一步

        2. “Generate Output Products”：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，因此我们不需要手动对 ZYNQ PS 引出的接口（DDR 和 FIXED_IO）进行管脚分配。

        3.“Create HDL Wrapper”：（创建HDL包装文件）用于将Vivado等工具生成的Block Design（图形化设计）自动转换为可综合的HDL代码（Verilog或VHDL）

 

        4.管脚约束、Gnerate Bitstream ，这两步跳过，因为没有使用到PL端的资源，纯PS端实现，如果用到了PL端资源（如EMIO）或使用了PL端资源的IP核（AXI GPIO）就需要这两步。

        5.Export Hardware（不用包含比特流文件，因为没有）、然后启动Vitis

        6.在工程目录下新建一个vitis文件夹存放Vitis工程，方便查找

四、软件设计

        （1）进入Vitis后，新建应用工程

        （2）打开 Create a new platform from hardware(XSA)标签页，点击“Browse”添加 xsa 文件，如下图所示：注意xsa文件到工程存放路径里去找。

        （3）应用工程命名，next

        （4）选择工程模板，这里直接选空模板（也可以选已有示例）

        （5）工程建立完成后的页面如下图所示，可以看到生成了三个工程，一个是硬件平台工程，即 platform 工 程，一个是应用工程 hello_world，一个是系统工程 hello_world_system。系统工程可以理解为一个容器，里 面可以包含一个或多个应用工程。

        （6）新建源文件main.c

         (7)双击硬件平台目录下的 platform.spr 文件，找到板级支持包“Board_Support_Package”，右侧有相关文档和示例，如下图所示：比如查看ps端uart1串口示例，点击import，选择hello world示例，。在软件中按住CTRL+左键，选择函数或变量跳转定义。同时结合官方示例代码对照编写，这样效率更高。

        （8）代码设计：注意程序中打印字符串“Hello World”使用的是 xil_printf()函数，而不是 C 语言里的 printf()函数。 xil_printf()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”。

#include "stdio.h"
#include "xil_printf.h"int main()
{xil_printf("Hello World\n\r");return 0;
}

        （9）编写完成后ctrl+s保存，右键工程进行编译，在下方Problems显示报错，无错误后右键Run As,点击Launch Hardware 上版运行。

五、效果

        Vitis自带一个串口工具，工具栏点击Wndows、Show view，搜索Vitis Serial Terminal。

        注意先连接上串口后，再运行，同时注意波特率正确，最终效果如下：