Vivado那些事儿:ZYNQ开发基本流程详解与步骤指南

2025-01-10 0 970

ZYNQ这类芯片架构相当复杂,内部集成了众多功能逻辑。这些功能逻辑中,有些是研究价值很高的亮点,但也存在一些对新手来说较为晦涩难懂的部分。

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ZYNQ内部的PS组成

PS模块内置了两个ARM-9处理器和一些外围接口。在诸如高端路由器芯片设计等电子产品的专业开发中,PS模块负责核心计算和初步数据处理。ARM-9处理器的强大计算能力至关重要,它能够迅速执行基础控制任务。此外,外围接口为外部设备连接提供了便利,增强了芯片的扩展性。对开发者而言,理解这些组件的作用至关重要,因为它有助于他们在开发过程中合理分配任务,防止资源浪费。

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换个角度来想,这些部件的加入,也让设计过程变得更加复杂。以一个新成立的芯片研发团队为例,当他们首次接触ZYNQ芯片,着手PS模块的功能开发时,很可能会因为面对众多部件和接口而感到迷茫。

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GP Ports功能与数据传输

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GP Ports主要用于寄存器的读写和小数据量的传输。这种功能在电路数据交互中有着特定的应用。例如,在小型传感器数据采集设备中,传感器发送的温度数值等小数据量信息,只需几个字节,就能通过GP Ports进行传输。这种方式适用于偶尔发送且数据量较小的数据传输。

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然而,这种小规模数据传输限制了其应用广度。面对大量数据传输需求,我们需另寻方法。例如,在多媒体传输设备中,若使用GP Ports传输视频、音频等大文件,传输效率便会降低。

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主程序与逻辑设计的分布

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在ZYNQ中,一种普遍的设计方法是把主要程序置于PS,同时在PL上构建逻辑功能,将其作为PS的外围设备并封装为IP,并配备了AXI-Lite接口。以一款智能安防设备为例,监控功能的图像处理主要程序运行在PS上,而图像识别的逻辑功能则可在PL上开发为外设。这种设计使得不同功能模块得以分离,有利于开发和维护。

这种设计思路虽然结构上很清晰,但给开发者带来了知识体系上的难题。尤其是初学者,他们往往不太明白整体架构和逻辑封装的关联,所以在实际操作中,往往难以将它们有效结合,结果常常出现逻辑上的错误。

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PS对逻辑设计的控制

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通过调整逻辑设计的功能寄存器,PS能够操控逻辑设计,而状态寄存器则反馈系统运行状况。在工业自动化领域,例如自动生产线,PS的这种控制方法能精确调节各个外设的启动、停止和运行状态。借助状态寄存器提供的反馈信息,操作人员可以迅速掌握系统是否正常运行。

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一旦某个环节的寄存器出现故障,这种控制方式就会出问题。比如,一个寄存器的数值被错误修改,那么逻辑设计的工作就可能脱离PS的控制,进而影响整个系统的正常运作。

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外设连接操作步骤

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在配置UART引脚、连接ZYNQ7专用引脚和DDR引脚,以及进行外设与ZYNQ的连接时,涉及自动与手动操作。在开发工业级控制系统时,若遵循步骤进行配置,便能确保连接正确。比如,在自动连接模式下,能迅速完成连接,有效提升开发速度。

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然而,自动连接工具的操作依据其自身理解,却未必能满足特定需求。遇到这种情况,就得手动调整连接。要做到这一点,开发者必须对连接机制有透彻的了解,否则很可能会犯下连接错误,进而使得设备无法正常运行。

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BSP的作用与学习难度

#include 
#include 
#include "xparameters.h"
#include "sleep.h"
#include "platform.h"
int main()
{
    XGpio output;
    int Status;
    /*
     * Initialize the GPIO driver so that it's ready to use,
     * specify the device ID that is generated in xparameters.h
     */
     Status = XGpio_Initialize(&output, XPAR_GPIO_0_DEVICE_ID);
     if (Status != XST_SUCCESS)  {
          return XST_FAILURE;
     }
     /* Set the direction for all signals to be outputs */
     XGpio_SetDataDirection(&output, 1, 0x0);
    init_platform();
    while(1){
    usleep(200000);         //delay
    XGpio_DiscreteWrite(&output, 1, 0x0);
    usleep(200000);         //delay
    XGpio_DiscreteWrite(&output, 1, 0xF);
    };
    cleanup_platform();
    return 0;
}

BSP可以自动从硬件设计中的外设生成,不过对于初学者来说,构建具备基本功能的技术平台还是存在一定难度。以学习嵌入式开发的学生为例,尽管BSP提供了函数,但他们仍感到难以搭建出这样的平台。不过,通过使用SDK的测试模板,学生可以追踪测试函数的实现过程,并获取示例代码。

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这种方法多少能提供一些帮助,然而,对于初学者来说,要想学会如何通过寄存器的读写来控制硬件通信,仍需投入大量的时间和精力去学习和研究。

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