Vivado入门笔记-SOC-快速入门
简介
开发板：zedbord，其实任意zynq系列，开发流程都差不多。这里通过简单的示例，一步一步操作，就会学会怎么建立SOC架构，并完成配置。
这里创建的是zynq系列soc的最小系统架构，如此可以更方便的理解其体系架构，以及与传统开发的联系。
1. 创建RTL工程
VIvado传统RTL开发的基本流程，略
2. 创建IP Integrator Block Design
VIvado传统RTL开发的基本流程，略
创建bd文件：
3. 添加zynq 处理器
ip中搜索zynq，添加zynq7 Processing System，其中的BFM版本为先前的IP处理器版本。鼠标右键点击FIXED_IO和DDR接口，选择make external，连接到芯片外部。但此时处理是完全未经过配置的，双击处理器进行配置。
自动添加的外部接口：（参考ug585文档）
FIXED_IO, 是专用的内部固化的外设IO，作用？
54个MIO口，
DDR_VRN,DDR_VRP: DDR DCI voltage reference pins, refer to UG933, Zynq-7000 AP SoC PCB Design and Pin Planning Guide.
PS_SRSTB: Debug system reset, active Low. Forces the system to enter a reset sequence.
PS_CLK: System reference clock
PS_PORB: Power on reset, active low
DDR接口，处理器ddr内存寻址接口；
M_AXI_GP0_ACLK,
M_AXI_GP0,在PS-PL Configuration中可取消对GP Master AXI Tnterface的选择
FCLK_CLK0： PL Pabric Clocks，不使用可在Clock Configuration 中disable。
FCLK_RESET0_N：时钟复位使能，可在General中disable 。
4.配置processing System
配置处理器内部控制模块的详细功能与特性查看：Soc Technical Reference manual
http://www.xilinx.com/support/documentation/user_guides/ug585-Zynq-7000-TRM.pdf
通用配置：
（1） MIO配置：
Bank0与Bank1分区的IO对应FPGA处理器可配置的IO，由硬件决定电平还是芯片已经指定电平？由硬件决定。
UART1映射到MIO[48:49] zedboard
Bank 0 IO Voltage：LVCMOS 3.3V zedboard
Bank 1 IO Voltage：LVCMOS 1.8V zedboard
PS与PL电源部分是完全独立，但是无论什么时候有PL电源供电就必须有PS电源供电。PS电源部分为DDR IO口独立供电，还为MIO的两个独立的分区Bank0与Bank1供电。
PS专用的信号pin汇总表2-2，注意，对于MIO pin允许的输入电压取决于slcr, MIO_PIN_xx[IO_Type]和[DisableRcvr] bits， 约束条件被定义在Zynq-7000 AP SoC data sheets， 超出限制的电压输入可能损坏输入buffer。
（2）核对IO配置
选择Zynq Block Design，注意UART1是否已经在IO特性中被连接。
注意勾上：GPIO，以使其它的MIO口能够作处理器的GPIO使用。
（3）General Setting常规设置：设置端口特性
在Zynq Block Design中选择General Setting或在PS-PL Configuration中设置。设置UART1 波特率。
（4）配置Memory和Clocks
即使一个简单的Hello World程序被运行，一些不可缺少的PS elements也必须被配置，它包括DDR3 Memory（用来执行PS应用程序），另外系统时钟也必须被配置。
DDR3为zed board开发板上的IC25与IC26，MT41K128M16JT_125.
Clock Configuration: 默认时钟频率与ZedBoard和MicroZed匹配：
IO Peripheral CLocks被指定（SPI、QSPI、CAN、SMC、SDIO、ENET），选择后如何更改，例如SPI？
如果不用FCLK_CLK0，可废除PL Fabric Clock， 同时还需废除AXI connection to the PL，在PS-PL Configuration中的取消对GP Master AXI Tnterface的选择。
也可在PS-PL Configuration中取消对FCLK_RESET的选择。
SPI：时钟要求比cpu_1x频率111.1111Mhz更大，可设160Mhz,然后4分频为10Mhz
使能DDR Configuration：必须设置为PCB使用的DDR设置。因为使用2x16 DDR3配置，所以在DDR Controller Configuration中设置游戏的DRAM总线宽度为32bits。
DRAM Training必须全被使能和设置：write level，read gate，read data eye。
保存后完成最小系统设置：其中内部设置的UART1引脚内部设置，未显示出来,其实包含在了FIXED_IO。
展开FIXED_IO可查看被固定的IO口包含了哪些IO口：包含了含有串口UART1的MIO口、处理器的时钟口......。
（5）完成IP 集成文件（bd文件）
完成处理器配置后，为了便于bd文件作为工程的子模块，可以将bd文件例化为HDL文件。展开design Sources，右键点击bd文件创建HDL wrapper。再把HDL文件设为顶层文件或例化在其它工程中。
5.输出设计到SDK（software development kit）
5.1 输出到SDK前先完成硬件设计
在FLow Navigator中点击Generate Bitstream，如没有综合和实现，软件将自动综合布线后产生二进制文件。
Bitstream产生完成后，选择Open Implemented Design才能使能Vivado输出bitstream到SDK。
输出到SDK：File —>Export —>Export Hardware for SDK…
5.2 输出到SDK后产生的文件
产生文件夹hw_platform_0
产生文件：
System.xml, 包含系统的地址映射
ps7_init.c和ps7_init.h， 包含ZYNQ processing system初始化代码和DDR，Clocks，PLL，MIO的初始化设置。
ps7_init.html， 将初始化等设置以网页的格式显示出来。
?_wrapper.bit， implemented设计时，PL bitstream产生的二进制文件，用于初始化PL。
5.3 SDK中创建硬件级支持包（Board Support Package）常规默认设置即可
点击完成后弹出支持包设置
设置标准输入输出设备：stdin、stdout自动设置为uart_1,添加其他外设时可以更改。
设置驱动包：自动列出驱动，不需要的驱动选择‘none’
5.4 新建Application Project，使用existing的Board Support Package
5.5 一个软件工程包含了3个部分：硬件信息、驱动包、软件包
5.6 运行调试程序 右键点击Hello应用程序run as--->run configurations
（1）选择Xilinx C/C++ Application（GDB）然后点击New图标。
（2）选择STDIO连接，连接到Console。如不选择，则直接输出到串口上。
（3）编译完成，生成二进制elf文件。点击Apply和Run，工具编译好下载elf文件到DDR。
JTAG模式：设置MIO2~6为00000
5.7 上电启动配置 利用FSBL模板建立FSBL的boot程序
（1）建立boot启动程序:
新建应用工程Application Project，选择FSBL模板。应用要求xilffs library库支持，如未在建立Board Support Package 时选择该库，可右键点击standalone_bsp_0选择Board Support Package设置。建立完成即可，默认设置。
输出在fsbl程序的Properties>C/C++ Build>Settings>ARM gcc compiler>添加两 个符号：RSA_SUPPORT和FSBL_DEBUG_INFO(用于打开FSBL的输出，可选）>apply>ok。
（2）使用Xilinx Tools/Create Zynq Boot Image命令建立镜像文件。
首先在FSBL elf的Browse中选择Boot.elf，该文件会自动添加到下边的文件列表中。然后添加Bitstream，在hw下；再添加LED_Dimmer.elf文件。三者的顺序不能颠倒。最后Create。（需要先编译工程Project—>build all）。在boot image partitions中添加bootloader类型的FSBL生成的.elf文件；添加hw_platform中的硬件.bit二进制文件; 添加软件工程生成的.elf文件；
（3）使用xilinx-tool/Program Flash.选择qspi single，offset可以不填写内容。Program.
(4) 下载文件：QSPI—Flash对应.MSC文件，SD card对应.bin文件
6 其它操作
Zedboard Processing System配置：
最重要的外设配置是boot device，ZYNQ允许使用QSPI、NOR/NAND、SD Card。
QSPI： QSPI固定使用MIO[1-6,8], 其中MIO8为feedback clk, 通常应勾选上。如果有灵感QSPI，选择Dual配置。注意：SRAM/NOR/NAND Flash接口不能被配置，是因为ZYNQ PS仅仅允许一个存储器接口。
USB0： MIO28-39，LVCMOS1.8V
以太网ENET0： MIO[16-27], LVCMOS 1.8V MDIO——MIO[52-53]
SDCARD: SD0——MIO[40-45]; CD=MIO47; WP=MIO46
预设为Zedboard默认值：Presets—>Zedboard
设置PS PLL CLocks：有三个PLL-ARM，DDR和IO，每一个在Zedboard上都使用同样的输入参考时钟33.3333MHz。PLL输出设定好后可以更改为整数倍的其它时钟。
例如：
ARM PLL——1333.33MHz(33.333MHz*40)
DDR PLL——1600MHz（33.333Mhz*48）或1066.667MHz（33.3333*32）
QSPI可设置为200MHz
PS能够驱动4个不同时钟频率给PL例如：
7 绑定PL管脚 管脚约束
PS部分使用的I/O直接由软件配置，综合后可在I/O Planning中直接查看。
如DDR部分与FIXED部分，为PS指定I/O，综合后直接映射到对应I/O，不需用户单独指定。
方法一：I/O Planing
（1）打开Synthesized Design
（2）菜单Layout——>I/O planing
方法二：xdc约束文件
- 注释语句，语句前加“#”
- IO位置： set_property PACKAGE_PIN
[get_ports ] - IO电平标准：set_property IOSTANDARD
[get_ports ]
例：set_property PACKAGE_PIN U14 [get_ports led1s]
set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports led1s]
8. 使用GP AXI总线（需要配置的AXI Master，FCLK，FCLK_RESET）
These interfaces are for general-purpose use only and are not intended to achieve high performance.
-
配置，使能AXI Master总线，同时必须为AXI Master配置一个FCLK时钟，和一个FCLK_RESET复位信号。
- 配置完成后处理器增加两个端口：M_AXI_GP0，M_AXI_GP0_ACLK。
- 与两个必须的辅助AXI的信号端口：FCLK_CLK，FCLK_RESET。
-
在bd文件中添加ip: axi_gpio
-
运行自动连接
-
添加Port，连接到axi_gpio的输出口。
5. SDK操作外设AXI_GPIO
- 查找外设：点击system.mss，可以找到外设的驱动和例程，axi_gpio_0，Examples（点击）；打开xgpio_example.c。 (板级驱动包standalone_bsp_0中的system.mss对系统使用的驱动包进行了说明)
- 添加头文件：复制examples中的头文件： xparameters.h，xgpio.h；
- 查找外设ID：打开xparameters.h，可以通过右键点击程序中的头文件，选择open declaration打开。XPAR_AXI_GPIO_0_DEVICE_ID。Xparameters.h文件由libgen库自动产生，包含了处理器的各个外设的驱动地址与访问ID
- 访问函数：在头文件xgpio.h中查询xgpio的驱动函数，或参考example。
6. AXI BRAM Controller 与AXI Interconnect,
- 在处理器中增添端口：
- 32b GP AXI Master Ports，选择M AXI GP0 Interface
- 选择Clock Configuration，使能FCLK_CLK0，设置为50MHz
- 选择PS-PL Configuration，在General的时钟复位中使能FCLK_RESET0_N
- 使用BRAM控制器，添加IP（AXI BRAM Controll）：
- 设置BRAM控制器：
- 增加数据宽度到64bits，点击OK
- ID Width（Auto）设置成Yes，以支持AXI Narrow Bursts。如果不能设置，将虚拟开关指到Manual再进行设置。
3. 添加存储器IP并双击进行设置：Block Memory Generate
a）选择True Dual Port
b）设置数据宽度：不能设置，默认32bits
4. 添加IP模块：AXI Interconnect,设置interface数量
5. 连接各模块：
（1）连接复位：
（2）连接时钟：
（3）连接总线，重新产生布线：
6. 为BRAM在AXI总线上创建地址空间。
编辑Address Editor >Auto Assign Address
7. 使设计有效化
8. 双击blk_mem模块，点击Port A和Port B选项卡，看数据的宽度的深度，此时已经自动变为64bits宽度。
9. 保存BD文件，创建 HDL Wrapper文件，选择Generate Bitstream。
没使用PL部分，则不用引脚分配，PS部分的引脚在配置时已经指定。
9. 技巧
1. 使用语言模板
在Vivado文本/代码编辑窗口中，点击 
显示语言模板窗口（Language ）
2.分析工具
ISE工具：ChipScop Pro Analyzer
See the ChipScope Pro Software and Cores User Guide (UG029)for more information about debugging an ISE Design Suite project.
http://www.xilinx.com/support/documentation/sw_manuals/xilinx14_6/chipscope_pro_sw_cores_ug029.pdf
Vivado工具：Vivado Lab Tool
Programming and Debugging(UG908) [Ref 17]for more information.
3.逻辑分析仪Debugging Logic Designs in Hardware
在设计中使用调试核，则可以在硬件中运行时间逻辑分析器来调试设计。有两种方法：
• ChipScope™ Pro Analyzer: used with ICON v1.x, ILA v1.x, VIO v1.x, and IBERT v2.x debug
cores.
• Vivado® logic analyzer feature: used with new ILA v3.x, VIO v3.x, JTAG-to-AXI Master,
and IBERT 7 Series GTH/GTP/GTX/GTZ v3.x debug cores.
使用网络插入的方法来调试