Zedboard评测及演示

FPGA/ASIC技术

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描述

Zedboard是第一款面向开源社区的Zynq-7000系列开发板,而Zynq-7000系列FPGA,也称为完全可编程(All Programable)SoC,是Xilinx一个有重大意义的产品系列。在FPGA里集成高性能的处理器内核一直是众多FPGA厂商以及客户的需求,Zynq-7000的面世标志着Xilinx在SoC集成度上的一个突破,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。

Zedboard

Zedboard的一个简单框图,板上的外围功能都是围绕Zynq芯片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MIO6MIO5MIO4MIO3MIO2跳线JP11JP10JP9JP8JP7JTAG ModeCascade JTAG    0Independent JTAG    1Boot DeviceJTAG 000 Quad-SPI 100 SD card 110 PLL ModePLL used0    PLL bypass1    

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。

上图看到跳线J6必须短接,MODE跳线选择SD启动。

Zedboard

用putty来监视串口,串口参数设为波特率115200、数据位8、停止位1、校验无。准备好以后,可以接通电源,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(需要上电前打开putty窗口),启动完成后,板上OLED会显示一个Digilent demo图像。

 

 

Zedboard

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。

Zedboard

2)OLED系统启动时在OLED有一个默认的Digilent公司logo显示,可以通过脚本unload_oled和load_oled挂载和关闭OLED显示。

VGA显示一个默认的条纹码图像

3)网口Linux系统启动是初始化了Zedboard上的网口,设定固定IP192.168.1.10。演示系统的网络参数不能修改,因此并不能真正连到互联网远程访问。输入ifconfig查看Zedboard此时网络设置:

Zedboard

设置好了,在主机浏览器输入192.168.1.10,可以看到一个Http页面:

Zedboard

确定后进入登陆窗口,用户root,密码root,这样我们就能够访问Zedboard上的Linux了。

Zedboard

在Linux下还有一些实验,可以参考Zedboard的入门手册。小结了解了Zynq芯片的配置启动过程,演示了从Quad-SPI FLASH启动和通过SD卡启动Zedboard过程,完成了在Linux下的一些演示实验。后续会介绍通过JTAG启动Zedboard以及用ISE开发程序流程。

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