ZYNQ之嵌入式学习----开篇实验Hello World

待我称王封你为后i 2023-09-24 14:21 110阅读 0赞

# 1 ZYNQ 嵌入式系统的开篇实验Hello World #

阅读本文需先学习: [FPGA学习----Vivado软件使用][FPGA_----Vivado]

## 1.1 ZYNQ 嵌入式系统开发流程 ##

*  创建Vivado工程
 *  使用IP Integrator 创建 Processor System
 *  生成顶层HDL
 *  生成比特流，导出到SDK
 *  在SDK中创建应用工程
 *  板级验证

开篇实验任务是在 ZYNQ 开发板上搭建 ZYNQ 嵌入式最小系统， 并使用串口打印 Hello World 信息

## 1.2 实验硬件设计 ##

### 1.2.1 创建Vivado工程 ###

点击Quick Start栏的 Create Project，如图所示：

![在这里插入图片描述][71e5ecee61314637b3f4e5e0bd637c62.png_pic_center]

然后，点击Next，如图所示：

![在这里插入图片描述][71745bda6e3a45449e3c803677ada500.png_pic_center]

设置工程名和工程路径，然后Next，如图所示：

![在这里插入图片描述][77abb2c5bbe74126b9fb19b97f9c6cbe.png_pic_center]

选择RTL Project，勾选Do not specify sources at this time，即不需要添加源文件和约束文件，然后点击Next，如图所示：

![在这里插入图片描述][a39f17d5acad4834b32f7b74926b52e9.png_pic_center]

选择芯片型号，如图所示：

![在这里插入图片描述][8281160e3fb24f0f8b4532b7dba899ee.png_pic_center]

点击Finish，完成工程创建，如图所示：

![在这里插入图片描述][040a156364514fddb745c795a2ad1f93.png_pic_center]

### 1.2.2 使用IP Integrator 创建 Processor System ###

Vivado 开发套件中提供了一个`图形化的设计开发工具`— —IP 集成器(IP Integrator)，在 IP 集成器中可以非常方便的插入各种功能模块(IP)

如图所示，在Flow Navigator中，单击 IP Integrator 下的 Create Block Design，然后指定所创建的 Block Design 的名称，点击OK：

![在这里插入图片描述][2ebf9027283d43a1b0aa9642ffe5563a.png_pic_center]

在 Diagram 窗口中给设计添加 IP，点击 + ，打开 IP 目录：

![在这里插入图片描述][aebe2a18e3b44028aabba4efdfe01908.png_pic_center]

搜索zynq，找到并双击ZYNQ7 Processing System，如图所示：

![在这里插入图片描述][e690bdf8786a40329a083e8c14bfb407.png_pic_center]

添加完成后，ZYNQ7 Processing System 模块出现在 Diagram 中，如图所示：

![在这里插入图片描述][40cc18cfb6744f988f2bf611a293a268.png_pic_center]

双击所添加的 ZYNQ7 Processing System 模块，进入 ZYNQ7 处理系统的配置界面，如图所示：

![在这里插入图片描述][2755d819a6e54cceb0d249b4ea83a7cc.png_pic_center]

Zynq Block Design显示了 Zynq 处理系统(PS)的各种可配置块，其中灰色部分是固定的，绿色部分是可配置的

*  **PS-PL Configuration** 能够配置 PS-PL 接口，包括 AXI、HP 和 ACP 总线接口
 *  **Peripheral IO Pins** 可以为不同的 I/O 外设选择 MIO/EMIO 配置
 *  **MIO Configuration** 可以为不同的 I/O 外设具体配置 MIO/EMIO
 *  **Clock Configuration** 用来配置 PS 输入时钟、外设时钟，以及 DDR 和 CPU 时钟等
 *  **DDR Configuration** 用于设置 DDR 控制器配置信息
 *  **SMC Timing Calculation** 用于执行 SMC 时序计算
 *  **Interrupts** 用于配置 PS-PL 中断端口

配置PS的UART，如图所示：

![在这里插入图片描述][f864bd0ca0a3499a82ba44fec6b7f5c0.png_pic_center]  
PS 和外部设备之间的连接主要是通过`复用的输入/输出(Multiplexed Input/Output，MIO)来实现的`，MIO14 和 MIO15 下点击 UART0，方框的颜色会变成绿色，与此同时这两个 MIO也会变成绿色，如图所示：

![在这里插入图片描述][facbf30a8768456490d485a9552e849b.png_pic_center]

点击左侧的 MIO Configuration ，在右侧展开 I/O Peripherals，选择UART0，可以看到更具体的引脚配置信息，如图所示：

![在这里插入图片描述][23d96fa1d4a94127b9fdda7a78325258.png_pic_center]

点击左侧的 PS-PL Configuration ，可以在这里设置 UART0 串口通信的波特率，如图所示：

![在这里插入图片描述][5cdc74dde4154b72964b0ad2aeeb801c.png_pic_center]

点击左侧的 DDR Configuration ，在Memory Part一栏选择 DDR 的器件，如图所示：

![在这里插入图片描述][abc5440cffa54c28a843198db1b493b9.png_pic_center]  
`XC7Z020 的核心板选择 MT41J256M16RE-125 ，XC7Z010 的核心板选择 MT41J128M16 HA-125`

点击左侧的 Clock Configuration，该界面主要是配置 ZYNQ PS 中的时钟频率，如图所示：

![在这里插入图片描述][b0849f9cc1a74f93a743a5a2c225ad00.png_pic_center]  
`输入时钟默认是 33.33333Mhz`

本实验是搭建 ZYNQ 的嵌入式最小系统，只需要使用 ZYNQ 中的 PS 端。因此将 PS 中与 PL 端交互的接口信号移除，如图所示：

![在这里插入图片描述][877fb33249414239afc9bb4162804609.png_pic_center]

接着展开 AXI Non Secure Enablement 下的 GP Master AXI Interface，取消勾选其中的 M AXI GP0 interface，如图所示：

![在这里插入图片描述][387fb6459e014ada92b0083905c098cd.png_pic_center]

返回到 Vivado 界面后，在 Diagram 中可以看到 ZYNQ7 Processing System IP 模块发生了变化，如图所示：

![在这里插入图片描述][f5df6c568e6f43f5aa7b9739c5595a1c.png_pic_center]

点击上图中箭头所指示的位置Run Block Automation，如图所示，左侧确认勾选processing\_system7\_0， 然后点击 OK：

![在这里插入图片描述][22b95701aff648a3ae5cbcd0a514351d.png_pic_center]

点击 ZYNQ7 PS 模块接口处的+，来展开这两组接口，观察其中都有哪些信号。然后点击箭头所指示的按钮，验证当前设计：

![在这里插入图片描述][142209b76fb14ccf8954d3c0089a9a6e.png_pic_center]

验证完成后弹出对话框提示没有错误或者关键警告，点击OK：

![在这里插入图片描述][d02551bed8d046d1a4861f284d250fda.png_pic_center]

### 1.2.3 生成顶层HDL模块 ###

在Sources 窗口中， 选中 Design Sources 下的 sysetm.bd， 右击 ，在弹出的菜单栏中选择Generate Output Products，如图所示：

![在这里插入图片描述][01fc8201629a4abc8be01335532fbcb6.png_pic_center]

弹出Generate Output Products对话框，如图所示，选择Global：

![在这里插入图片描述][3ac4ffc66f4e407c90a590420c932521.png_pic_center]

Generate 完成后，在弹出的对话框中点击OK：

![在这里插入图片描述][ca6e1d2102e84b97b7bd12b72d4fca20.png_pic_center]

在 Sources 窗口中，点击IP Source，可以看到 Generate 过程生成的输出结果：

![在这里插入图片描述][bd3a082a9e8448ba97c797a04dadbc94.png_pic_center]

在Hierarchy标签页，再次右击 system.bd，然后选择Create HDL Wrapper：

![在这里插入图片描述][1022ff5e20184af58e6d7ccc8c84c53e.png_pic_center]

在弹出的对话框中确认勾选Let Vivado manage wrapper and auto-update，然后点击OK：

![在这里插入图片描述][4ed5c3f2dacb4c528c3d05e388fa22b4.png_pic_center]

### 1.2.4 生成比特流文件并导出到SDK ###

由于本次实验未用到 PL 部分，所以无需生成 Bitstream 文件，只需将硬件导出到 SDK 即可，如图所示：

![在这里插入图片描述][e65c9eb5a29e4995abb4362000f82e38.png_pic_center]

在弹出的对话框中， 因为没有生成 bitstream 文件， 所以无需勾选Include bitstream”，直接点击OK：

![在这里插入图片描述][9ab41f8a8f184537a63c14e8aab94fbf.png_pic_center]

硬件导出完成后，启动 SDK 开发环境，如图所示：

![在这里插入图片描述][8e9df3935d2b4ec38d86a722b1fd66dc.png_pic_center]

在弹出对话框中，直接点击OK：

![在这里插入图片描述][abe5a3e5daf04782893f86a7aa97a12f.png_pic_center]

## 1.3 软件设计 ##

启动了软件开发环境(SDK，Software Development Kit)，如图所示:

![在这里插入图片描述][63028cf9de214bc897bc3ac37a22bb3a.png_pic_center]

### 1.3.1 在SDK中创建应用工程 ###

新建一个 SDK 应用工程，如图所示：

![在这里插入图片描述][e9936922e0e342c0ac60a83ae89c1b08.png_pic_center]

在弹出的对话框中，输入工程名，点击Next：

![在这里插入图片描述][73375b4f396347478cf4a75252bd8898.png_pic_center]

选择工程模版 Hello World，然后点击Finish：

![在这里插入图片描述][14cca1b5088f4407af6a764095474353.png_pic_center]

SDK 创建了一个 hello\_world 应用工程和 hello\_world\_bsp 板级支持包(BSP)工程，如图所示：

![在这里插入图片描述][0121158364fa41e895e09d12783f02b7.png_pic_center]

双击打开 hello\_world/src 工程目录下 helloworld.c 文件，可以看到源代码，在工具栏中点击Build All来编译工程，如图所示：

![在这里插入图片描述][ea0dbc25f8a1412894cb097199a67350.png_pic_center]

## 1.4 下载验证 ##

由于疫情，一直无法去实验室，故ZYNQ开发板不在身边，该步骤内容待更新

`致谢领航者ZYNQ开发板，开启ZYNQ学习之路！`

**希望本文对大家有帮助，上文若有不妥之处，欢迎指正**

**分享决定高度，学习拉开差距**

[FPGA_----Vivado]: https://blog.csdn.net/qq_42078934/article/details/127852056?spm=1001.2014.3001.5501
[71e5ecee61314637b3f4e5e0bd637c62.png_pic_center]: https://img-blog.csdnimg.cn/71e5ecee61314637b3f4e5e0bd637c62.png#pic_center
[71745bda6e3a45449e3c803677ada500.png_pic_center]: https://img-blog.csdnimg.cn/71745bda6e3a45449e3c803677ada500.png#pic_center
[77abb2c5bbe74126b9fb19b97f9c6cbe.png_pic_center]: https://img-blog.csdnimg.cn/77abb2c5bbe74126b9fb19b97f9c6cbe.png#pic_center
[a39f17d5acad4834b32f7b74926b52e9.png_pic_center]: https://img-blog.csdnimg.cn/a39f17d5acad4834b32f7b74926b52e9.png#pic_center
[8281160e3fb24f0f8b4532b7dba899ee.png_pic_center]: https://img-blog.csdnimg.cn/8281160e3fb24f0f8b4532b7dba899ee.png#pic_center
[040a156364514fddb745c795a2ad1f93.png_pic_center]: https://img-blog.csdnimg.cn/040a156364514fddb745c795a2ad1f93.png#pic_center
[2ebf9027283d43a1b0aa9642ffe5563a.png_pic_center]: https://img-blog.csdnimg.cn/2ebf9027283d43a1b0aa9642ffe5563a.png#pic_center
[aebe2a18e3b44028aabba4efdfe01908.png_pic_center]: https://img-blog.csdnimg.cn/aebe2a18e3b44028aabba4efdfe01908.png#pic_center
[e690bdf8786a40329a083e8c14bfb407.png_pic_center]: https://img-blog.csdnimg.cn/e690bdf8786a40329a083e8c14bfb407.png#pic_center
[40cc18cfb6744f988f2bf611a293a268.png_pic_center]: https://img-blog.csdnimg.cn/40cc18cfb6744f988f2bf611a293a268.png#pic_center
[2755d819a6e54cceb0d249b4ea83a7cc.png_pic_center]: https://img-blog.csdnimg.cn/2755d819a6e54cceb0d249b4ea83a7cc.png#pic_center
[f864bd0ca0a3499a82ba44fec6b7f5c0.png_pic_center]: https://img-blog.csdnimg.cn/f864bd0ca0a3499a82ba44fec6b7f5c0.png#pic_center
[facbf30a8768456490d485a9552e849b.png_pic_center]: https://img-blog.csdnimg.cn/facbf30a8768456490d485a9552e849b.png#pic_center
[23d96fa1d4a94127b9fdda7a78325258.png_pic_center]: https://img-blog.csdnimg.cn/23d96fa1d4a94127b9fdda7a78325258.png#pic_center
[5cdc74dde4154b72964b0ad2aeeb801c.png_pic_center]: https://img-blog.csdnimg.cn/5cdc74dde4154b72964b0ad2aeeb801c.png#pic_center
[abc5440cffa54c28a843198db1b493b9.png_pic_center]: https://img-blog.csdnimg.cn/abc5440cffa54c28a843198db1b493b9.png#pic_center
[b0849f9cc1a74f93a743a5a2c225ad00.png_pic_center]: https://img-blog.csdnimg.cn/b0849f9cc1a74f93a743a5a2c225ad00.png#pic_center
[877fb33249414239afc9bb4162804609.png_pic_center]: https://img-blog.csdnimg.cn/877fb33249414239afc9bb4162804609.png#pic_center
[387fb6459e014ada92b0083905c098cd.png_pic_center]: https://img-blog.csdnimg.cn/387fb6459e014ada92b0083905c098cd.png#pic_center
[f5df6c568e6f43f5aa7b9739c5595a1c.png_pic_center]: https://img-blog.csdnimg.cn/f5df6c568e6f43f5aa7b9739c5595a1c.png#pic_center
[22b95701aff648a3ae5cbcd0a514351d.png_pic_center]: https://img-blog.csdnimg.cn/22b95701aff648a3ae5cbcd0a514351d.png#pic_center
[142209b76fb14ccf8954d3c0089a9a6e.png_pic_center]: https://img-blog.csdnimg.cn/142209b76fb14ccf8954d3c0089a9a6e.png#pic_center
[d02551bed8d046d1a4861f284d250fda.png_pic_center]: https://img-blog.csdnimg.cn/d02551bed8d046d1a4861f284d250fda.png#pic_center
[01fc8201629a4abc8be01335532fbcb6.png_pic_center]: https://img-blog.csdnimg.cn/01fc8201629a4abc8be01335532fbcb6.png#pic_center
[3ac4ffc66f4e407c90a590420c932521.png_pic_center]: https://img-blog.csdnimg.cn/3ac4ffc66f4e407c90a590420c932521.png#pic_center
[ca6e1d2102e84b97b7bd12b72d4fca20.png_pic_center]: https://img-blog.csdnimg.cn/ca6e1d2102e84b97b7bd12b72d4fca20.png#pic_center
[bd3a082a9e8448ba97c797a04dadbc94.png_pic_center]: https://img-blog.csdnimg.cn/bd3a082a9e8448ba97c797a04dadbc94.png#pic_center
[1022ff5e20184af58e6d7ccc8c84c53e.png_pic_center]: https://img-blog.csdnimg.cn/1022ff5e20184af58e6d7ccc8c84c53e.png#pic_center
[4ed5c3f2dacb4c528c3d05e388fa22b4.png_pic_center]: https://img-blog.csdnimg.cn/4ed5c3f2dacb4c528c3d05e388fa22b4.png#pic_center
[e65c9eb5a29e4995abb4362000f82e38.png_pic_center]: https://img-blog.csdnimg.cn/e65c9eb5a29e4995abb4362000f82e38.png#pic_center
[9ab41f8a8f184537a63c14e8aab94fbf.png_pic_center]: https://img-blog.csdnimg.cn/9ab41f8a8f184537a63c14e8aab94fbf.png#pic_center
[8e9df3935d2b4ec38d86a722b1fd66dc.png_pic_center]: https://img-blog.csdnimg.cn/8e9df3935d2b4ec38d86a722b1fd66dc.png#pic_center
[abe5a3e5daf04782893f86a7aa97a12f.png_pic_center]: https://img-blog.csdnimg.cn/abe5a3e5daf04782893f86a7aa97a12f.png#pic_center
[63028cf9de214bc897bc3ac37a22bb3a.png_pic_center]: https://img-blog.csdnimg.cn/63028cf9de214bc897bc3ac37a22bb3a.png#pic_center
[e9936922e0e342c0ac60a83ae89c1b08.png_pic_center]: https://img-blog.csdnimg.cn/e9936922e0e342c0ac60a83ae89c1b08.png#pic_center
[73375b4f396347478cf4a75252bd8898.png_pic_center]: https://img-blog.csdnimg.cn/73375b4f396347478cf4a75252bd8898.png#pic_center
[14cca1b5088f4407af6a764095474353.png_pic_center]: https://img-blog.csdnimg.cn/14cca1b5088f4407af6a764095474353.png#pic_center
[0121158364fa41e895e09d12783f02b7.png_pic_center]: https://img-blog.csdnimg.cn/0121158364fa41e895e09d12783f02b7.png#pic_center
[ea0dbc25f8a1412894cb097199a67350.png_pic_center]: https://img-blog.csdnimg.cn/ea0dbc25f8a1412894cb097199a67350.png#pic_center