ZYNQ-7000使用总结（2）——PS部分的使用 程序, 文章

pengpengpang

ZYNQ-7000包括PS和PL两部分，其中你可以只使用PS部分，而不用PL部分，这样可以认为你在单纯的使用一个ARM Cortex A9 MPore芯片。更多的情况下，我们会将PS和PL部分联合使用，不然也就失去了使用ZYNQ芯片的意义。但是，为了更好的理解和学习ZYNQ，我们先讲一个只使用PS部分的例子，这样可以更快的掌握工具的使用和开发流程。
和大多数教程一样，我们这里实现一个在串口输出“Hello World”的程序（如果你刚开始接触ZYNQ，强烈推荐看这一篇文章，因为我会配很多图做非常详细的说明，后续的文章就不会这样详细的说明了）。
设计流程
打开PlanAhead，选择“Create New Project”，接下来按图中所示进行选择即可：



设置工程名和工程位置，这里为“demo_ps”，位置如图所示。


工程类型选择“RTL Project”，并勾选下面的复选框。


这里选择硬件平台，本实验所用的是zc702，选择结果如下图：


注：这里在选择硬件平台的时候，有两种方法，一种是在“Parts”选项里面选，这里面会有六个选项去选择。也可以在“Boards”里面选，这个里面只有三个选项，推荐在这个里面确定自己的硬件平台。而且根据我的测试，如果这里在“Parts”里面选择硬件平台后，后面不会出现“BSB Wizard”，但是在后者里面选的话，就会出现。


选择好以后，这里是工程的整个信息，确认没有问题后点击“Finish”。然后就会进入工程页面，现在整个工程是空的，我们需要加入内容。点击左边的“Add Source”：



选择“Add or Create Embedded Source”，下一步以后，选择“Create Sub-Design”，创建子系统，这里起名为“system”，点“OK”，然后Finish。




这里让我们选择是否添加“Processing System7”实例。刚才说过，我们创建的子系统工程是的，这里我们首先需要往里面加入一个处理器。如果选择“Yes”，就出出现“BSB Wizard”，引导我们加入处理器实例。如果选择“No”，就需要我们手动加入。因为加处理器IP的方法和加其他IP核的方法是一样的，这里我选择“No”手都加入（如果你选择的是“Yes”，那出现BSB Wizard之后，保证所有的默认值，在最后一步移除GPIO_SW、LEDs_4Bits两个外设模块，然后确定就可以了）。


选择了“No”以后，会出现上图这样，然后我们在右边的“IP Catalog”中的“Processor”类下选择“Processing System”，右击选择“Add IP”，弹出下面的确认框，选择“Yes”。



如上图，我们已经将处理器IP核加入我们这个工程。然后选择“Zynq”选项卡，会出现下图，图中所示的东西就是我们刚才加的处理器IP核，但是默认他是没有配置的，也就是说所有的资源或特性是没有使用的。这里我们点击“Import”，然后会出现系统自带的多个模板，这里我们选择第二个，即ZC702的模板，点击“OK”，会弹出一个确认框，告诉我们处理器IP配置会更新，选择“Yes”。然后过一会，新的配置过的处理器IP核就生成了。





我们对比这个配置后的图和前面没有配置的图会发现颜色不一样。配置过的都会以其他颜色显示，没有配置也即没有使用的都会默认是灰色。点击那个“I/O Peripherals”，我们就可以看见那些在用的前面的确有打勾。如下图：


然后我们，关闭XPS，回到PlanAhead。会发现PlanAhead里面的“Design Sources”下面多出了一个“system.xmp”文件，这个就是我们刚才在XPS里面配置的处理器系统。但是还没有完，因为没有将这个系统的对外接口留出来。右键点击“system”，选择“Create Top HDL”，便会生成一个“system_stub.v”文件，打开这个文件，




我们可以看见这个文件里面就是我们刚才配置过的处理器子系统。具体内容的含义以后再讲解。这里我们不需要做任何修改。然后我们在菜单栏选择“File”——“Export”——“Export Hardware for SDK”，出现下图：


这里我们把“Launch SDK”勾掉。这个是我使用的SDK 14.4的bug，如果不勾掉，它会自动打开SDK，但是却找到到编译工具链。如果你使用SDK14.4以后的版本，可以勾选该选项，会直接将工程导入到SDK，并自动打开SDK。因为这里有这个bug存在，我们后面需要手动将导出去的硬件平台导入到SDK中。然后点击OK，会将我们刚才配置的硬件平台导出到我们的工程目录下，我这里的目录为“E:\FPGA\workspace\xilinx\demo_ps\demo_ps.sdk\SDK\SDK_Export\hw”。
打开SDK，选择“File”——“New”——“Application Project”，出现下图：


在“Target Hardware”中选择“Create new”，出现下图，选择“Browse”，定位到刚才的导出目录，在“hw”文件夹下会有一个“system.xml”文件，选择该文件，其他部分会自动填充，默认的名字为“system_hw_platform”，确认后，会返回到我们刚才创建应用工程的地方，但是硬件平台部分已经是我们刚才导入的硬件平台，如后面的图所示：




然后我们这里选择给应用工程起名“hello_world”，默认的BSP名为“hello_world_bsp”，这里不用修改。然后点击“Next”，出现下图，选择“Hello World”模板，点击“Finish”。当然还有其他模板，大家可以自己研究研究。那个LwIP的模板不错，特别适合网络通信。


工程建立好以后，默认会自动编译，如果是严格按照我说的来的话，编译不会出错。至此，我们整个项目就算完成了。如下图，主要包括三大部分：硬件平台system_hw_platform、BSP文件hello_world_bsp、应用程序hello_world。


要运行这个程序，我们需要进行如下设置：右键点击“hello_world”——“Run As”——“Run Configurations”，出现下图，双击“Xilinx C/C++ ELF”，便会出现下图这个页面。连接好开发板（开发板如何连接，参考官方文档，这里不做介绍），打开串口终端，点击“Run”，便会输出“Hello World”。至此，整个设计流程就完了。



文件、代码分析
运行成功以后，我们不妨打开system_hw_platform下面的“system.xml”文件，如下图，可以看出这里有我们前面在XPS中配置过的模块，并且都有对应的地址。另外，硬件平台下的ps7_init.c和ps_init.h文件主要是一些硬件的初始化：比如DDR、clocks、plls、MIOs等，硬件初始化后，应用程序就可以在硬件上顺利运行了。


然后我们再打开“hello_world_bsp”下的“system.mss”文件，如下图，这个是我们的BSP的信息，有的模块后面还有文档和例子。主要是一些驱动方面的例子和文档。


需要说明的是，BSP是SDK根据我们的硬件平台自动生成的（确切的说是根据system.mss自动生成的）。如果我们需要修改BSP，那么不能单纯的修改BSP里面的某个源文件，因为编译的时候这些文件都会重新生成，所以直接修改是没有用的，必须修改system.mss文件才可以。不过大多数情况下是不需要修改BSP文件的。这一部分在后面的文章中会做更多的说明，这里不再详述。
然后我们分析一下我们应用程序的代码。使用自带的“Hello World”模板，会生成四个源文件：helloworld.c、platform_config.h、platform.c、platform.h。其实，对于我们这个例子来说，只需要helloword.c文件就行了。你可以将helloworld.c里面的“init_platform();”语句注释掉，那么main函数里面就只有一个打印语句，程序仍然可以正常运行。这里之所以会有其他文件，主要是如果你使用的是Microblaze等平台的时候会有用。
/*
* helloworld.c: simple test application
*/
#include
#include "platform.h"
void print(char *str);
int main()
{
init_platform();
print("Hello World\n\r");
return 0;
}
关于BSP——BSP全称board support package，一般翻译为板级支持包，它主要是在系统上电后进行一些基本的初始化，BSP一般是和特定的硬件平台以及操作系统相关的。在大多数情况下，BSP里面会包含大部分的驱动程序。
关于Standalone OS——我们刚才的这个例子是运行在裸机下的，也就是没有操作系统的。此时这个Standalone OS就充当了一个“操作系统”，它实质是一个简单的低级软件层。他主要是提供一些访问处理器特性的接口，比如caches、中断、异常、基本输入输出、系统配置等。它是单线程的。
至此，所有的设计就算完了。在这个例子中，我们只用到了PS部分，PL部分，也即FPGA部分并没有使用。我们可以看出，整个设计流程为：先在PlanAhead里面建立工程，然后在这个工程中建立一个处理器系统工程，建好后，会自动打开XPS。在XPS中，我们会配置这个处理器系统，这里我们没有自己配置，而是直接调用了一个模板，大家可以参考Xilinx的一些官方文档，自己配置一些模块试试。配置好以后，我们重新回到PlanAhead中，创建顶层的HDL文件，然后整个硬件平台就算搭建完了。我们将这个硬件平台导出到SDK中，就可以在SDK中利用这个硬件平台进行应用开发了。而且Xilinx SDK会自动帮我们生成BSP文件，极大的减小了我们的工作量。