ZYNQ开发流程介绍-优快云博客

前言

--------我们将详细介绍ZYNQ开发的全流程，包括硬件设计、软件设计以及协同调试。ZYNQ开发主要分为两大部分：PL（Programmable Logic）部分和PS（Processing System）部分。PL部分即FPGA部分，使用Vivado进行设计；PS部分即ARM处理器部分，可以使用Vivado和SDK（或Vitis）进行开发。

ZYNQ开发的全流程步骤

1. 项目规划与需求分析
2. 硬件平台设计（Vivado）

a.创建Vivado项目

b.使用IP Integrator创建Block Design

c.配置ZYNQ PS

d.添加PL侧IP核

e.连接硬件系统

f.生成硬件平台

d.导出硬件平台（包括比特流和XSA文件）

3. 软件开发（Vitis/SDK）

a.创建Vitis工作空间

b.创建平台项目（Platform Project）

c.创建应用项目（Application Project）

d.编写软件代码

e.编译软件

4. 系统调试与验证

a.硬件调试（ILA等）

b.软件调试（SDK/Vitis调试器）

c.协同调试

步骤详细说明

项目规划与需求分析

在开始设计之前，需要明确项目需求，包括：

a.系统功能：需要实现什么功能？

b.性能要求：处理速度、带宽、延迟等。

c.外设接口：需要哪些外设（如以太网、USB、SD卡、GPIO等）？

d.硬件资源：PL部分需要哪些IP核？PS部分需要运行什么操作系统（裸机或Linux等）？

硬件平台设计（Vivado）

2.1创建Vivado项目
打开Vivado，创建新项目，选择目标器件（如XC7Z020CLG400-1）。

2.2 使用IP Integrator创建Block Design
在Vivado中，使用IP Integrator创建Block Design，这是ZYNQ硬件设计的核心。

2.3 配置ZYNQ PS
添加ZYNQ7 Processing System IP核，并双击进行配置。配置包括：
```
a.时钟配置：设置CPU时钟、DDR时钟等。

b.DDR配置：选择DDR型号和参数。

c.外设配置：使能所需的外设，如UART、I2C、SPI、以太网等，并配置引脚。

d.中断配置：如果需要，配置中断控制器。

e.时钟输出：为PL提供时钟。

f.复位输出：为PL提供复位。
```
2.4 添加PL侧IP核
根据需求添加PL侧的IP核，例如：
```
a.AXI GPIO：用于控制LED或读取开关状态。

b.AXI DMA：用于高速数据传输。

c.自定义IP：用户自己设计的IP核。
```
2.5 连接硬件系统
连接PS和PL之间的接口，包括：
```
a.AXI接口：如M_AXI_GP0（主设备）和S_AXI_HP0（从设备）等。

b.时钟和复位：将PS输出的时钟和复位连接到PL侧IP核。

c.中断：将PL侧的中断连接到PS的中断控制器。
```
运行自动连接工具（Run Block Automation和Run Connection Automation）可以自动完成部分连接。

2.6 生成硬件平台
完成连接后，验证设计（Validate Design），然后生成硬件平台（Generate Block Design）。

2.7 导出硬件平台
在菜单中选择File -> Export -> Export Hardware，导出硬件平台文件（XSA文件，包含硬件描述和比特流）。
软件开发（Vitis/SDK）

注意：从Vivado 2019.2开始，Xilinx推荐使用Vitis代替SDK。但流程类似。

3.1 创建Vitis工作空间
打开Vitis，设置工作空间目录。

3.2 创建平台项目（Platform Project）
平台项目基于导出的XSA文件创建，它定义了硬件平台。

3.3 创建应用项目（Application Project）
在平台项目上创建应用项目，选择模板或空项目，然后编写应用程序。

3.4 编写软件代码
根据需求编写软件代码，例如：
```
a.裸机程序：直接操作寄存器或使用Xilinx提供的驱动库。

b.操作系统：如FreeRTOS或Linux，需要相应的BSP（板级支持包）。
```
3.5 编译软件
编译项目，生成ELF文件。
系统调试与验证

4.1 硬件调试
在Vivado中，可以使用ILA（集成逻辑分析仪）来调试PL侧信号。

4.2 软件调试
在Vitis中，可以使用调试器连接硬件，进行单步调试、断点等。

4.3 协同调试
同时使用硬件调试和软件调试，例如通过ILA观察PL侧信号，同时通过软件调试器观察程序运行。
烧写与部署

开发完成后，需要将设计烧写到设备上。烧写方式包括：
```
a.通过JTAG烧写：适用于调试。

b.通过SD卡烧写：适用于量产。
```
烧写内容：
```
a.比特流（PL部分）：配置FPGA。

b.ELF文件（PS部分）：ARM程序。
```
如果运行Linux，还需要烧写引导程序（FSBL）、设备树（dtb）、内核镜像（uImage）和根文件系统。
总结

ZYNQ开发是一个硬件和软件协同设计的过程，需要同时掌握FPGA设计和ARM软件开发。以上流程涵盖了从项目开始到烧写部署的全过程。