zedboard--Demo学习(五) 处理器, 控制器, Logic, 接口, 通信

pengpengpang

Zynq-7000实现了双核Cortex-A9 MPcore和最新的28nm 7系列可编程逻辑的紧密集成。Zynq芯片内部可以分为两部分PS（Processing System）和PL（Programmable Logic），其中PS部分有点像传统的处理器内部结构，包括CPU核、图形加速、浮点运算、存储控制器、各种通信接口外设以及GPIO外设，而PL部分就是传统的可编程逻辑和支持多种标准的IO，它们之间通过内部高速总线互联。这种架构既提高了系统性能（处理器和各种外设控制的”硬核“），又简化了系统的搭建（可编程的外设配置），同时提供了足够的灵活性（可编程逻辑）。
Zynq芯片的配置
因为是最新的芯片和开发套件，资料还是比较少的，而且基本都是大部头的英文。要用FPGA进行开发，首先要了解FPGA的配置过程。传统的SRAM型FPGA都是通过JTAG接口、外置非易失性存储器（PROM、FLASH）或者外部处理器一次性将程序下载到FPGA中配置。而Zynq芯片则不同，其内部集成了处理器硬核和可编程逻辑，所以它的配置启动是分阶段的。
Stage 0：bootROM过程，Zynq芯片PS部分有片上ROM和RAM，在芯片上电或者复位后，其中一个处理器会执行片上ROM的代码进行初始化，判断启动设备（boot device），将启动设备上的FSBL（first boot loader）代码拷贝到片上RAM内。
Stage 1：启动设备包括SPI FLASH、SD和JTAG，FSBL代码是用户自己定制的，拷贝到片上RAM后执行。包括初始化PS部分配置、配置PL部分逻辑、加载和执行SSBL（second boot loader）或应用程序。
Stage 2：上一阶段后硬件已经配置完成。这一阶段是可选的，完成Linux系统启动过程（U-BOOT）。
通过Zynq芯片的启动过程可以看到上电或者复位后片内处理器首先启动，然后根据MODE引脚判断启动方式，Zedboard的启动可以通过Quad-SPI FLASH、SD卡或者JTAG接口，如下表：

管脚	MIO6	MIO5	MIO4	MIO3	MIO2
跳线	JP11	JP10	JP9	JP8	JP7
JTAG Mode
Cascade JTAG					0
Independent JTAG					1
Boot Device
JTAG		0	0	0
Quad-SPI		1	0	0
SD card		1	1	0
PLL Mode
PLL used	0
PLL bypass	1

Zedboard上有两个JTAG，一个可以接Xilinx编程电缆，一个是USB转JTAG，我们使用的是usb转JTAG，在zedboard--单独PL实验（四）中仅仅使用了pl来完成实验，MIO【6：2】是全部接地的，使用的JTAG配置，这里的Demo有两种情况，从Quad-SPI FLASH启动和从SD卡启动。

1. 从Quad-SPI FLASH启动
板载SPI FLASH中预置了一个非常简单的程序，SPI-FLASH启动过程可以分为：
上电后，片上ROM程序执行，初始化后判断从SPI FLASH启动。
从SPI FLASH拷贝FSBL到片上RAM执行
FSBL执行，处理器从SPIFLASH读取比特流（bitstream）配置Zynq的PL部分
PL配置完成后执行，点亮LED
首先要MODE跳线选择在SPI FLASH启动模式，接通Zedboard电源，程序启动，因为是一个非常简单程序，所以启动配置过程非常快，蓝色LED（LD12）变亮说明Zynq芯片配置完成，程序执行后按照（10101010）逻辑点亮用户LED。
2. SD启动
随板附送的SD卡中有一个演示的Linux文件系统，而且在Linux系统下有一些脚本例程用来控制Zedboard板上各种外设的功能，这与之前的FPGA调试很不一样，显示了Zynq芯片软硬件开发的强大和灵活性。
首先搭好Zedboard平台，连接12V电源（J20）、USB-UART接口（J14）到计算机、插上SD卡（J12）、VGA（J19）或者HDMI（J9）。
该Linux文件系统没有图形界面或者控制台，所以必须通过串口或者ssh访问。如果没有安装过USB-UART驱动，可以先通电后安装USB串口驱动。安装好驱动后打开一个串口监视器，可以使用XP的超级终端或者其他的串口调试工具。
安装usb-uart串口驱动
zedboard使用的是Cypress的uart转usb芯片
https://secure.cypress.com/?mpn=CY7C64225-28PVXC
找到TechnicalDocuments and 下载the“Microsoft Certified USB UART Driver”不过要注册了才能下载，解压后有几个文件夹。


然后就是安装了，记住可能要安装两次就可以了，如果有人没有驱动可以给我留言，发到你邮箱。
安装成功后，打开SecureCTR,选择正确的com口，串口参数设为波特率115200、数据位8、停止位1、校验无。可以看到如下


可以输入命令了，如ls


从SD卡启动过程可以分为：
上电后，片上ROM程序执行，初始化后判断从SD卡启动。
从SD卡拷贝FSBL到片上RAM执行，FSBL配置FPGA，蓝色LED（LD12）变亮说明配置完成。
从SD读取SSBL，开始Uboot过程（启动Linux），启动过程中VGA输出了一个Demo演示图像。
串口监视程序会显示Linux启动过程（需要上电前打注意使用的命令的格式，我开始输错了两次。详细信息可以参考Zedboard 评测（一）——Demo演示开putty窗口），启动完成后，板上OLED会显示一个Digilent demo图像。
Linux系统启动后，现在可以上面做一些演示的实验以体验下Zynq芯片的应用。
1）控制GPIO
在/usr/bin目录下有一些脚本文件用来控制或读取一些外设的状态。
脚本read_sw用来读取板上8个开关的状态，在命令行输入read_sw会显示输出开关的状态值（16位进制和10进制）。


脚本write_led用来控制板载8个用户LED灯（LD0~LD7）的显示，输入write_led 后面加一个数值（可以是16位进制或者10位进制数，最大255），例如write_led 0xFF与write_led 255效果一样，都是点亮8个LED。



注意使用的命令的格式，我开始输错了两次。详细信息可以参考Zedboard 评测（一）——Demo演示

本次学习的总结：
1：fpga配置完成后D12就是亮。
2：usb-uart驱动的安装。
3：zynq的启动引脚设置和启动过程。
4：两个Demo程序的运行。（SD卡已经有Demo了）

来源：xzyfeixiang的专栏