ZYNQ笔记（十）：XADC （PS XDAC 接口）

版本：Vivado2020.2（Vitis）

任务：通过 PS XADC 接口读取XADC测量的芯片温度、供电电压，并通过串口打印出来

目录

一、介绍

二、硬件设计

三、软件设计

四、效果

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一、介绍

       XADC（Xilinx Analog-to-Digital Converter）是 ZYNQ SoC 内部集成的 12 位精度、1 MSPS（每秒百万采样） 的模数转换模块，可直接测量芯片内/外部的模拟信号，无需外接 ADC 芯片， 是 Zynq SoC 中 PL 端已有的硬核模块，可以被 PS端直接访问和控制。在 7 系的 FPGA 中，XADC 提供了 JTAG 和 DRP（dynamic reconfiguration port）接口，用于访问其 内部的状态和控制寄存器。在 ZYNQ-7000 SoC 器件中，XADC 增加了一个 PS-XADC 接口，用于 PS 中的软件控制 XADC 模块。

XADC核心功能

功能	说明
片上传感器监测	实时测量 ZYNQ 的 芯片温度、供电电压（如 VCCINT、VCCAUX）
外部模拟信号采集	通过专用模拟输入引脚（VP/VN）连接外部传感器（如温度、光敏、压力传感器...）
报警机制	可设置阈值触发中断（如温度超限报警）
自动化校准	出厂预校准，支持动态校准偏移误差

如图所示为XADC模块的系统框图（右侧为内外部模拟输入）：

        PL-JTAG 接口可以用于开发工具（Vivado）控制 XADC 模块，包括读取芯片温度信息、供电电压。 而运行在 PS 中的软件则可以通过两种方式与 XADC 进行通信：

         1、 通过 PS-XADC 接口，此时不需要对 PL 进行编程配置；

         2、 通过 PS 到 PL 的 AXI Master 接口（M_AXI_GP），需在 PL 中调用 AXI XADC IP 核。

        在使用 PS 控制 XADC 时，如果对应用的性能要求较高，则推荐第二种方式，它使用的是一个并行的 数据路径（DRP 接口）。而 PS-XADC 接口同 PL-JTAG 接口一样，使用的是串行的数据路径，相对较慢。 不过使用 PS-XADC 接口不占用 PL 的资源，也不需要对 PL 进行编程，只需要对 PL 部分供电即可。 需要注意的是，PL-JTAG 接口与 PS-XADC 接口不能同时使用，而 XADC 可以在 PL-JTAG 接口（或 PS-XADC 接口）与 DRP 接口之间进行仲裁。

注意：XDAC模拟输入电压峰峰值最大值需查看用户手册，我用到的zedboardf开发板最大1V，因为模拟电压信号不好产生，所以就跟着网上例程直接用 XADC 测芯片温度、供电电压。

二、硬件设计

        （1）系统框图如图所示，系统搭建用到了UART（用于Debug）、DDR（存储器）：

        注意：XADC 是 Zynq SoC 中 PL 端已有的硬核模块，属于 Zynq 芯片的硬件资源，不占用可编程逻辑（LUT/FF）资源，可以被 PS端直接访问和控制，所以不需要对 PL 端进行配置。

        （2）最后整体 bd 设计部分如图所示：设计检查、Generate Output Products、 Create HDL Wrapper、（管脚约束、Gnerate Bitstream、（无PL端设计这两部忽略））、Export Hardware（不用包含比特流文件）、启动Vitis

三、软件设计

        可以打开官方提供的私有定时器的示例工程，这里可以选XADC轮询的示例工程，方便在设计时进行对照参考。同时对比中断，简单介绍一下轮询（简单来说就是主函数中主动调用函数读数据，所以相比于中断会持续占用cpu）：

轮询 对比 中断

	轮询（Polling）	中断（Interrupt）
触发方式	CPU 主动循环查询	外设主动通知 CPU
实时性	延迟高（依赖查询频率）	延迟低（立即响应）
CPU 占用	高（持续占用）	低（事件触发才处理）
适用场景	简单任务、低实时性需求	高实时性、多任务系统

#include "xil_printf.h"
#include "stdio.h"
#include "xparameters.h"
#include "xadcps.h"
#include "sleep.h"//===================用户自定义宏===================//
#define XADC_DEVICE_ID		XPAR_XADCPS_0_DEVICE_ID   //宏定义XADC器件ID//======================实例化======================//
XAdcPs XAdc;	//定义XADC实例//=====================函数声明=====================//
static void XADC_Init();	//声明XADC初始化函数
static void XADC_Print();  	//声明XADC读取并打印内部数据函数//======================主函数======================//
int main()
{xil_printf("PS XADC Test\r\n");//XADC初始化XADC_Init();while(1){//延时3秒，每3秒读一次数据sleep(3);//XADC读取并打印内部数据XADC_Print();}return 0;
}//==================XADC初始化函数==================//void XADC_Init()
{//定义器件ID（指针类型）XAdcPs_Config *ConfigPtr;//根据器件ID，查找器件配置信息ConfigPtr = XAdcPs_LookupConfig(XADC_DEVICE_ID);//初始化XADCXAdcPs_CfgInitialize(&XAdc, ConfigPtr,ConfigPtr->BaseAddress);//（可选）XADC自检int Status = XAdcPs_SelfTest(&XAdc);if (Status != XST_SUCCESS) { xil_printf("XADC Self Test Error! \r\n"); }//设置 XADC 操作模式为“默认安全模式”XAdcPs_SetSequencerMode(&XAdc, XADCPS_SEQ_MODE_SAFE);
}//============XADC读取并打印内部数据函数============//void XADC_Print()
{//定义原始数据u32 temp_rawdata; 		//温度原始数据u32 vcc_pint_rawdata; 	//PS 内核电压 原始数据u32 vcc_int_rawdata; 	//PL 内核电压 原始数据//定义转换后数据float temp; 			//温度float vcc_pint; 		//PS 内核电压float vcc_int; 			//PL 内核电压//获取原始温度传感器数据，并转换成温度信息 （调用自带的数据转换函数,参数为XADC实例指针、数据通道号）temp_rawdata = XAdcPs_GetAdcData(&XAdc, XADCPS_CH_TEMP);temp 		 = XAdcPs_RawToTemperature(temp_rawdata);//获取 VCCPINT 传感器数据，并转换成电压信息vcc_pint_rawdata = XAdcPs_GetAdcData(&XAdc, XADCPS_CH_VCCPINT);vcc_pint 	     = XAdcPs_RawToVoltage(vcc_pint_rawdata);//获取 VCCINT 传感器数据，并转换成电压信息vcc_int_rawdata = XAdcPs_GetAdcData(&XAdc, XADCPS_CH_VCCINT);vcc_int 		= XAdcPs_RawToVoltage(vcc_int_rawdata);//打印温度、电压信息（用printf函数来打印，头文件stdio.h）printf("Temp    %f C \n",   temp_rawdata,     temp);printf("VccPint %f V \n",   vcc_pint_rawdata, vcc_pint);printf("VccInt  %f V \r\n", vcc_int_rawdata,  vcc_int);
}

实际上可读取的电压数据还有很多，这里示意两个。

四、效果

        上板串口打印Debug信息，此后每隔3s打印读取到的温度和电压数据