玩转Zynq连载37——[ex56] 基于Zynq的AXI HP总线读写实例

特权同学玩转Zynq连载37——[ex56] 基于Zynq的AXI HP总线读写实例

1 概述
AXI HP总线是Zynq芯片非常重要的一个功能，它可以实现Cortex A9与PL之间大吞吐量的数据通信。可以说，Zynq芯片最大的卖点恐怕就是这条总线。对不起，不是1条，是4条这样的AXI HP总线。PL作为AXI HP主机，可以通过这4条总线实现对内存（DDR3）的读写访问，这4条总线加总的极限带宽，通常能够超过DDR3的最大有效带宽，因此，对于处理器与PL之间的数据交互，Zynq芯片可以做到了最优状态。因此，对于用Zynq做开发的工程师而言，如何玩转AXI HP总线就成为了必修课。

本实例（zstar_ex56）通过一个简单的AXI HP总线主机的读时序和写时序逻辑，来带领读者掌握基于Zynq的AXI HP总线基本使用方法。在这个实例中，首先需要在Zynq PS端对AXI HP总线进行配置，在系统硬件框图中进行必要的接口引出，然后在顶层源码中例化接口，并进行AXI HP读写时序的逻辑设计。

2 AXI总线协议介绍
参考文档《玩转Zynq-基础篇：AXI总线协议介绍.pdf》。

3 Zynq PS的AXI HP配置
在ZYNQ7 Processing System中，点击左侧Page Navigator的PS-PL Configuration页面，右侧展开HP Slave AXI Interface --> S AXI HP0 Interface，勾选S AXI HP0 Interface并且在展开的S AXI HP0 DATA WIDTH后面选择数据位宽是64（可选项只有32bit和64bit）。

回到Diagram中，需要将新增加的S_AXI_HP0接口引出。如图所示，点击选中S_AXI_HP0，然后单击右键，在弹出菜单中点击Create Interface Port…。

如图所示，将接口命名为AXI_HP0。



在Address Editor中，由于新增加的AXI_HP0总线地址还未做映射，所以如图所示，需要点击左侧的Auto Assign Address进行自动地址分配。

完成地址映射后，如图所示，AXI_HP0默认分配了偏移地址（Offset Address）0x0开始的1G内存空间。也就是说，这1G的地址空间是AXI_HP0可访问的地址空间。通常而言，DDR3也会默认映射到这一段地址空间中。那么，通过AXI_HP0就可以实现DDR3的读写了。

如图所示，点击Validate Design确认当前系统配置是否OK。

4 AXI HP主机读写逻辑设计
本实例工程源码的层次结构如下所示。我们重点来看和AXI HP相关的模块axi_hp0_source.v、axi_hp0_wr.v和axi_hp0_rd.v模块。

axi_hp0_source.v模块以1s为单位，计数定时，产生对AXI HP0总线固定地址32’h0100_0000写一组递增的burst lenght = 16的64bit位宽的数据。其产生的信号接口如下。

o_data_*信号送到axi_hp0_rd.v模块发起一次读DDR3的操作，i_data_*信号送到axi_hp0_wr.v模块发起一次DDR3写的操作。在ILA在线逻辑分析仪中，由于每秒都有AXI HP0总线的读操作和写操作，因此我们可以很容易抓到它们的时序进行观察和分析。
axi_hp0_wr.v模块对AXI HP0总线的写地址通道、写数据通道和写响应通道的信号接口产生必要的时序，完成一组数据的DDR3写入操作。该模块下例化了一个名为fifo_generator_0的FIFO，外部需要写入的数据都统一送到该模块中，当状态机检测到该FIFO的数据个数满足一个DDR3写入的burst length时，就发起一次DDR3写地址和数据的时序，读出FIFO中国的数据，通过AXI HP0的写数据通道送给DDR3。执行写操作的状态关系是先写地址（STATE_WADD），然后送数据（STATE_WDAT），最后等待写响应（STATE_DONE），完成一次操作（STATE_IDLE）。
axi_hp0_rd.v模块对AXI HP0总线的读地址通道产生必要的时序，由于读数据通道是由从机输出的，因此对该模块而言是输入，该实例的目的只是希望通过ILA在线逻辑分析仪进行时序查看，所以我们没有对读数据通道的接口做任何额外的连接。该模块的设计比较简单，按照axi_hp0_source.v模块给出的每秒定时脉冲和地址，每秒产生一个读地址通道时序即可。

5 AXI HP主机读写逻辑仿真
在本实例工程的Sources中，展开Simulation Sources --> sim_1，可以看到已经编写好的测试脚本tb_axi_hp0_wr.v，该测试脚本主要针对我们的AXI主机写模块axi_hp0_wr.v进行测试。在Simulation Sources中高亮的模块，表示当前有效的顶层模块。

若是希望设定更改Simulation Sources中有效的顶层模块，如图所示，可以展开Flow Navigator --> Simulation，点击Simulation Settings。弹出选项卡中，设置Simulation top module name即当前有效的Simulation顶层模块。

点击Simulation --> Run Simulation即可执行测试脚本的仿真。

如图所示，在弹出仿真界面后，点击Run All按钮，可以运行仿真测试。

axi_hp0_wr.v模块的仿真波形如下。

其中一次AXI HP0总线写地址和数据的时序波形如图所示。

6 嵌入式软件工程创建
参考文档《玩转Zynq-工具篇：导出PS硬件配置和新建SDK工程.pdf》导出PS硬件工程，并打开EDK新建一个HelloWorld的模板工程。本实例并不需要在嵌入式软件中做任何其它的功能实现，只需要在.bit文件烧录完成后，运行嵌入式软件即可（主要是PL端的时钟源是来自Zynq PS，因此必须在嵌入式软件运行起来后，才能够产生时钟信号）。

7 板级调试
在Zstar板子上，设置跳线帽P3为JTAG模式，即PIN2-3短接。
连接好串口线（USB线连接PC的USB端口和Zstar板的UART接口）和Xilinx下载线（下载器连接PC的USB端口和Zstar板的JTAG插座）。使用5V电源给板子供电。
参考文档《玩转Zynq-环境篇：XilinxPlatformCableUSB下载器使用指南.pdf》烧录PL工程编译产生的.bit和.ltx文件到Zstar板中，如图所示。

参考《玩转Zynq-工具篇：SDK在线运行裸跑程序.pdf》导出硬件并打开EDK，创建HelloWorld模板工程。运行工程，注意PL的.bit文件已经烧录好，不用再次烧录，直接运行.elf文件即可。
回到Vivado，查看当前引出的AXI接口。如图所示，可以双击hw_ila_1即可弹出dashboard_1界面。

如图所示，设置以AXI_wvalid == R作为触发条件，触发一次波形。

AXI_wvalid == R触发后，如图所示，出现了两组波形事件，前面一个是AXI HP总线写数据波形，后面一个是AXI HP总线读数据波形。

如图所示，前面一个波形是对AXI总线固定地址连续写入16个每16bit递增的64bit数据。

如图所示，后面一个波形是对相同地址的AXI总线读操作，读出的16个64bit数据和写入的数据一致。