Xilinx ZYNQ SOC入门基础之Hello Word实验_vivado soc入门

引言：本系列文章我们介绍下Xilinx公司的ZYNQ SOC软件开发，软件设计采用的硬件平台为Xilinx XC7Z035-2FFG676。通过该系列文章我们学习ZYNQ SOC软件开发的基本流程、MIO使用、EMIO使用以及中断资源的使用等相关入门类知识，同时掌握Xilinx Vivado软件调试相关的方法等。作为本系列开篇文章，本文学习以下内容：

• ZYNQ-7000 SOC软件开发流程
• 实现ZYNQ SOC Hello word实验例程（熟悉开发流程）

1. ZYNQ-7000 SOC软件开发流程

ZYNQ-7000 SOC是Xilinx公司推出的FPGA+ARM架构的单芯片片上系统（SOC），它在性价比、性能、成本及可升级性等众多方面相对于单纯的FPGA逻辑或者ARM处理器具有很大优势。目前，市面上ZYNQ SOC的应用也是非常的广泛，如自动驾驶、视听娱乐、机器视觉、蜂窝网通信等等。

ZYNQ SOC的开发流程与以往的纯FPGA逻辑开发有所不同，这一点我们在后续文章专门进行相关的介绍。图1给出了进行ZYNQ SOC开发的流程框图。

图1、ZYNQ SOC开发的流程框图

从图1中我们可以看到：

1.项目任务需求实现功能划分

我们在进行ZYNQ SOC项目开发时，一般先对项目需求展开分析，将设计任务合理划分为硬件设计（Vivado：FPGA逻辑设计）和软件设计（SDK：ARM嵌入式软件设计）。一般来说FPGA逻辑执行速度快，延迟小，实现固定算法、高速接口处理等，软件则实现执行速度慢，复杂控制部分功能。

2.硬件平台设计

利用Vivado开发环境搭建SDK硬件配置环境是ZYNQ SOC设计的第一步。我们在IP Integrator集成环境内实现PS配置，如DDR3、时钟、MIO、PL和PS时钟、中断等；完成各个IP模块信号连接；验证各个IP连接正确性；生成整个硬件平台的顶层HDL文件。

然后，对工程添加管脚约束（不使用FPGA外设管脚，可不添加），经过综合、实现，生成硬件bit流文件。最后将硬件配置信息导入到SDK完成硬件平台搭建。

3.SDK软件设计

硬件配置信息导入到SDK后，我们就可以创建板级支持包（.bsp），建立应用工程，进行软件开发与调试，最终生成.elf文件。

4.配置文件下载

生成.elf文件后，我们可以将比特流文件和该文件一起产生可执行文件，并下载到配置存储器中，完成配置文件存储。待电路板上时，按照对应的启动模式加载配置文件，实现硬件和软件启动。

2.Hello word实验例程

2.1实验系统框图

本实验通过使用SDK自带的测试例程实现Hello Word语句输出，系统框图如2所示。

图2、实验系统框图

2.2硬件平台设计

我们利用Xilinx Vivado集成开发环境搭建硬件平台。

1.建立Vivado工程

 

step2.输入工程名称及工程路径，点击NEXT。

 

Step3：建立空工程，点击NEXT。

 

Step4：选择芯片型号。

 

Step5：点击Finish，完成工程建立。

 

Step6：点击IP INTEGRATOR，然后点击Create Block Design，创建系统框图。

 

Step7：点击图中“+”，添加IP

 

Step8：在Serach里搜索ZYNQ，然后双击过滤显示的ZYNQ7 Processing System。

 

Step9：点击Run Block Automation，自动添加ARM外设I/O

 

Step10：点击OK

 

Step11：将鼠标放置在FCLK_CLK0，弹出铅笔符号时，按住左键拖到M_AXI_GP0_ACLK管脚，完成PS时钟到PL时钟连接（不用FPGA逻辑资源，可以不用连接）。

 

Step12：双击processing_system7_0，进行配置PS，首先配置PS和PL时钟。

 

Step13：PS DDR3 内存配置，电路板上使用的内存型号：MT41K256M16 RE 125。

 

Step14：配置PS MIO接口电压和MIO管脚配置。配置完成后，点击OK，完成PS配置

 

Step15：连接IP配置及连接后，验证模块连接的正确性；另外可以刷新模块布局。

 

Step16：选择system.bd，右击选择Generate Output Products

 

Step17：点击Generate

 

Step19：选择system.bd，右击选择Create HDL Wrapper，产生工程顶层文件。

 

Step20：选择选择 Leave Let Vivado manager wrapper and auto update，单击 OK

 

Step21：查看顶层文件。

 

Step22：产生硬件bit流文件。点击Generate Bitstream，在弹出的对话框中选择Yes

 

Step23：点击OK，进行编译。

 

Step24：完成比特流文件生成，点击Cancel，至此完成硬件设计。

 

Step25：导入硬件SOC配置信息到SDK，File->export->-->Export Hardware

 

Step26：如果包括FPGA比特流文件，需要勾选Include bitstream

 

Step27：导入配置文件到SDK，File->-->Launch SDK，弹出的菜单，点击OK，完成SDK导入。

 

2.3 软件设计

Step1：硬件设计加载到SDK后，显示界面如图所示。

 

Step2：新建软件应用工程，File->New->-->Application Project

 

Step3：新建应用工程，命名HelloWord，点击NEXT

 

Step4：我们选择SDK自带的Hello Word测试例程，点击Finish

 

Step5：生成应用工程

 

Step6：开始调试，右击HelloWord，选择Debug As->Debug Configurations

 

Step7：双击Xilinx C/C++ application(System Debugger)，生成应用工程调试文件

 

Step8：配置调试信息

 

Step9：配置串口信息，选择串口号，波特率。

 

Step10：点击运行按钮，

 

Step11：在SDK Terminal可以看到，打印出了Hello Word信息，表明实验测试成功。

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