PYNQ设计案例：基于HDL语言+Vivado的自定义IP核创建

作者：Mculover666

1.实验目的
用HDL语言+Vivado创建一个挂载在AXI总线上的自定义IP核

2.实验步骤
2.1.创建一个新的项目

 

 

2.2.调用Create and Package IP Wizard，创建一个新的AXI-Lite从机ip
选择Tools->Create and Package IP

 

 
 

 
 

 
 

 
 

 

编辑创建的IP

 

 

led_controller_v1_0.v — 实例化了所有的AXI-Lite接口，在这种情况下，只有一个接口存在
led_controller_v1_0_S00_AXI.v — 包含了处理PL外设与PS端软件的AXI4-Lite接口功能
打开led_controller_v1_0_S00_AXI.v文件，找到Users to add ports here，然后在其后添加需要的端口：

 

 

然后在文件最后，找到Add user logic here，然后在其后添加逻辑功能代码：

 

 

保存文件，打开led_controller_v1_0.v文件，找到Users to add ports here，添加端口：

 

 

在顶层文件中例化刚刚我们添加的端口，保存文件：

 

 

更新IP核

 

 

打包IP核

 

 
 

 
 

 

然后关闭这个工程即可，ip核创建成功。

2.3.添加ip核到Block Design中进行设计
创建Block Design：

 

 

点击Add IP，搜索led，添加led_controllerIP:

 

 

因为LEDs_out要连接板载LED，所以点击引脚，按下ctrl+t导出引脚：

 

 

添加Zynq ps核，自动连线：

 

 

按下F6验证设计：

 

 

创建Block Design 的HDL文件：

 

 

添加LED引脚约束文件：

 

 
 

 
 

 
##LEDs
set_property -dict { PACKAGE_PIN R14 IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports { LEDs_out_0[0] }]; #IO_L6N_T0_VREF_34 Sch=LEDs_out_0[0]
set_property -dict { PACKAGE_PIN P14 IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports { LEDs_out_0[1] }]; #IO_L6P_T0_34 Sch=LEDs_out_0[1]
set_property -dict { PACKAGE_PIN N16 IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports { LEDs_out_0[2] }]; #IO_L21N_T3_DQS_AD14N_35 Sch=LEDs_out_0[2]
set_property -dict { PACKAGE_PIN M14 IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports { LEDs_out_0[3] }]; #IO_L23P_T3_35 Sch=LEDs_out_0[3]

2.4.生成Bitstream，打开实现设计，导出硬件文件，运行SDK

 

 

2.5.创建一个空的应用工程
File->New->Application Project，选择创建一个空工程：

2.6.添加驱动库
光标选中led_test_bsp之后再进行下面的操作！！！

选择Xilinx->Repositories：

 

 

添加ip核所在目录，添加完了之后SDK会自动扫描所添加的目录，然后重新编译工程来添加新的驱动文件：

检查一下库有没有被分派到LED_Controller外设，打开system.mss文件，可以看到外设驱动中存在led_controller_0：

 

 

点击最上面modify this BSP's Setting检查驱动设置：

 

 

至此，led_controlerip核的硬件设计完毕，BSP驱动添加完毕，可以开始写应用测试程序了。

2.7.编写应用代码
先在src文件夹下创建一个C文件：

 

 

/**
* @file led_test.c
* @brief led_controler ip test
* @author mculover666
* @date 2018/11/10
* */
#include "xparameters.h"
#include "xil_io.h" //led_controller.h中用到了Xil_Out32
#include "led_controller.h"
#include "xil_printf.h"

#define LED_BASE_ADDR XPAR_LED_CONTROLLER_0_S00_AXI_BASEADDR
#define LED_REG0 0

#define DELAY 50000000

int main()
{
int temp = 0;
int led_value = 0;
int i = 0;

xil_printf("led_controller ip test/r/n");
xil_printf("----------------------/r/n");

while(1)
{
/* write reg0 */
LED_CONTROLLER_mWriteReg(LED_BASE_ADDR,LED_REG0,led_value);

/* read reg0 */
temp = LED_CONTROLLER_mReadReg (LED_BASE_ADDR,LED_REG0);

/* show value */
xil_printf("led = %d",led_value);
xil_printf("/ttemp = %d/r/n",temp);

if(led_value led_value++;
else
led_value = 0;

for(i=0;i

}
}

2.9.配置运行，观察结果

 

 
 

 

 

3.实验总结
这个实验做了很长时间，最后看着灯思考了很长时间：

从实验的角度来说说：用HDL创建一个挂载在AXI总线上的ip核去控制LED，然后在存储器映射下这个ip核的四个寄存器会有自己的地址，CPU靠这个地址来访问寄存器，为了操作简单，一般会有一个基地址，其余寄存器是相对这个基地址的偏移，所以控制代码只需要读写寄存器就可以了；

从嵌入式原理的角度来说，其实设计都是基于寄存器的，硬件靠寄存器的数据来工作，寄存器挂载在总线上，所以寄存器会有一个地址（寄存器映射），我们通过指针就可以访问内存空间中这个地址处的数据；

从嵌入式发展的角度来说，通常寄存器地址映射都是由厂商出厂时候映射好的，我们只需要查看芯片参考手册去编程，现在整个硬件可以自己设计，寄存器地址映射只是在一个固定的区间段内（AXI 从机地址1G），变的更加灵活了，也说明了整个数字系统的设计正在由板上设计转入片上设计，原来由一块板子才能搞定的任务，现在只需要一个芯片即可~

编辑：hfy