电子科大微嵌实验报告二

微处理器系统结构与嵌入式系统设计实验报告电子科技大学实验报告课程名称微处理器系统与嵌入式系统综合实验实验名称实验二_SoC平台环境搭建任课教师实验教师姓名学号实验地点科B239分组号时间年月日一、实验目的1、了解SoC平台环境搭建的具体操作流程2、学习XilinxVivado&SDK2017.3工具的使用3、熟悉SoC平台环境搭建过程和工作原理二、实验内容以PS与PL协同设计实现GPIO为例，自行搭建SoC平台环境。将FPGA当做一个PS处理器的外设，通过寄存器地址映射到PS的寻址空间。在处理器中使用C程序访问这些寄存器，来实现软件和逻辑结合的协同设计的效果。具体步骤是先在VIVADO中配置ZYNQ处理器，做好FPGA的外设，互联完成之后生成BIT流文件下载到板子。在SDK环境下开发好软件之后，进行在线调试运行。三、实验步骤1.打开桌面VIVADO2017.3，点击CreateProject创建新工程。为新工程命名，选择工程微处理器系统结构与嵌入式系统设计实验报告保存路径，点击Next。选择芯片xc7z020clg484-1，点击Next→Finish。点击CreateBlockDesign，创建块设计，并命名2.在右侧Diagram窗口空白处右击→AddIP。搜索zynq，双击ZYNQ7ProcessingSystem，添加zynq处理器，并点击RunBlockAutomation，勾选处理器→点击OK，会自动进行一些配置3.再添加两个GPIO核，在Diagram窗口空白处右击→AddIP→搜索gpio→双击。操作两次，添加两个AXIGPIO核，点击RunConnectionAutomation，勾选AllAutomation，点击OK，进行自动配置。自动连接之后在空白处右击选择RegenerateLayout，重新布局4.双击ZYNQ处理器核，进行配置，更改DDR型号为MT41K256M16RE-15E，将Bank1I/O电平设为1.8V，勾选Uart1，用于通过串口查看程序打印信息5.将GPIOIP核的名字和端口名称修改为LED和SW。双击LEDIP核，配置LED为输出，GPIOWidth设置为8，对应8个LED灯，点击OK。双击SWIP核，配置SW为输入，GPIOWidth设置为8，对应8个拨码开关，点击OK6.新建约束文件：右击Constraints→AddSources→点击Next---CreateFile，为文件命名，点击OK→Finish。根据EES331用户手册中LED和SW的管脚约束表，在PINS_SET.xdc中添加引脚与电平约束并保存7.生成顶层文件：先右击system→GenerateOutputProducts→Generate，再右击system→CreateHDLWrapper→OK。Vivado会为IP子系统生成一个顶层文件，以便对该系统进行综合、实现并生成比特流8.工程配置完成，点击左下侧GenerateBitstream生成比特流，点击Yes→OK，等待比特流生成。若没有其他错误，比特流生成完成后直接关闭弹出的窗口或选择查看报告微处理器系统结构与嵌入式系统设计实验报告9.硬件工程设计好之后，可在以下窗口中看到系统分配给外设的地址。接下来将硬件工程导出到SDK，在SDK中进行软件编译与运行。File→ExportHardwareDesigntoSDK，导出硬件到SDK，打钩，包括比特流，点击OK10.打开SDK：File→LaunchSDK→OK，进入SDK界面。在SDK中新建工程对LED和SW进行编程，实现相应功能。为新工程命名，并产生相应的BSP→Next→选择空工程→Finish11.在新建的工程中添加源文件，新建SourceFile或者HeaderFile，为文件命名，注意要跟上文件类型.c或.h，点击Finish，在源文件中添加代码12.硬件和软件设计好之后，保存工程，接下来调试和运行程序，运行之前先把板子的上所有拨码开关拨到下面。使用USB线连接PC机和开发板J3端口（JTAG/PS_UART），打开板子开关，在Vivado中点击左下角OpenHardwareManager→Opentarget→AutoConnection若连接不上板子1.重启板子或电脑：开关断开或按下板子上的复位按钮（LED和数码管旁边S3/POR(B5)）2.杀进程：打开任务管理器——进程——hw_server.exe13.下载比特流：点击Programdevice，在弹出的窗口中找到工程的比特流，比特流文件在工程中的路径为：project_name/project_name.runs/impl_1/system_wrapper.bit，如下图，点击Program下载比特流到板子。14.若运行程序，则右击工程——RunAs——LaunchonHardware（GDB）若调试程序，则右击工程——DebugAs——LaunchonHardware（GDB）15.查看串口打印：使用桌面串口工具Putty，设置波特率和端口号。微处理器系统结构与嵌入式系统设计实验报告端口号查看方式：右击桌面电脑/计算机→管理→设备管理器→端口16.若工程正确，可看到8个LED灯循环闪烁，向上拨动任意一个拨码开关时，流水灯运行到最后一个LD7时停止。四、实验结果微处理器系统结构与嵌入式系统设计实验报告微处理器系统结构与嵌入式系统设计实验报告第一个实验按照步骤一步一步就很容易完成了，第二个实验修改完数据就可以了。五、实验总结第一个实验详细了解了开发版和软件操作的流程，其中工程遇到一些问题，首先把工程建在了U盘里面，导致生成比特流过程浪费了很多时间还没有完成，最后把工程改为D盘里就顺利完成了。第二个实验把参数修改好然后就成功了。六、实验思考题1.ZYNQ7000中提供了哪几种实现GPIO的方式，这几种之间有什么区别与联系？第一种PS的MIO实现的GPIOMIO实现的GPIO需要在做PCB板卡之前就对功能有所限制；第二种PS的EMIO实现GPIOEMIO实现GPIO也使用PS，但是有FPGA的灵活第三种IP方式实现GPIOMIO和EMIO方式是使用PS部分的GPIO模块来实现GPIO功能的，支持54个MIO（可输出三态）、64个输入和128个输出（64个输出和64个输出使能）EMIO而IP方式是在PL部分实现GPIO功能，PS部分通过M_AXI_GP接口来控制该GPIOIP模块；另外EMIO模块虽然使用PS部分GPIO但也使用了PL部分的管脚资源。微处理器系统结构与嵌入式系统设计实验报告2.CreateBlockDesign过程中，添加IP核之后不点击RunBlockAutomation和RunConnectionAutomation，尝试自己连接线，理解其工作原理，并叙述。自己连接线，需要确定正确的端口，并且要确定好正确的频率，连接成功后就能下载bit流到开发板。