原创 Vivado嵌入式系统设计（2）——在PL内添加外设

新建一个zynq_2的文件夹，将上个实验的工程的文件全部拷贝到这个文件夹。

打开这个工程

（一） 添加两个GPIO实例

 下面将使能 AXI_M_GP0 接口、FCLK_RESET0_N，FCLK_CLK0端口，从IP Catalog 中选择并添加2个GPIO例化到PS中。在 Source 标签下，展开system_wrapper,在展开项中，选择并双击system.bd文件，调用IP集成器。（也可以在Flow Navigator 窗口下，在IP Integrator 下，单击 Open Block Design）。

 在Diagram窗口下，双击ZYNQ块符号，打开ZYNQ配置。单击32b GP AXI Master Ports。

 在Diagram窗口下，双击ZYNQ块符号，打开ZYNQ配置。单击32b GP AXI Master Ports。弹出PS-PL Configuration界面。在该界面中，选中AXI GP0 interface后的复选框。

  展开General ，Enable Clock Resets，选中FCLK_RESET0_N后的复选框。

  选择页面左侧的Clock Configuration 标签。在右侧窗口中，展开PL Fabric Clock。在展开项中找到并选中FCLK_CLK0后的复选框（所对应的时钟频率100M）。

  单击OK按钮，可以看到新添加了M_AXI_GP0接口；新添加了M_AXI_GP0_ACLK，FCLK_CLK0 和 FCLK_RESET0_N端口。

  单击Diagram左侧一列工具栏内添加IP按钮，在搜索框输入g,找到AXI GPIO IP核。双击添加到设计中。

点击 axi_gpio_0块图标。在Block Properties 窗口内，将Name后面的名字改为 switches

  双击axi_gpio_0块图标，打开配置对话框。（由于在建立工程时已经选择了Zedboard,提供了用于zedboard的板级支持包，所以vivado知道板子可以利用的资源）。

  按照如下参数配置。

单击 IP Configuration标签，按如下配置。

  单击OK按钮。在Diagram窗口的最上面出现Designer Assistance is available 。单击右侧的 Run Connection Automation,弹出一个对话框，选中switches

可以看到连接完成的系统结构，图中新添加了2个模块。

1. rst_processing_system7_0_100M (Processor System Reset IP 核例化的名字)；
2. processing_system7_0_axi_periph (AXI Interconnect IP核的例化名字)

单击 Diagram 左侧添加IP的按钮，在弹出的额搜索框内输入g，双击AXI GPIO将其添加到设计中。

单击新添加的模块，在 Block Properties 的窗口内，将Name 后面的名字改为 buttons

双击新加的模块，按如下配置。

双击 AXI Interconnect 块图标，弹出配置对话框，将 Number of Master Interfaces 后的值改为2

  单击新的AXI GPIO 块的 S_AXI 端口，出现一个指针箭头，拖拽并一直按着鼠标左键。出现 Found 1 interface 消息，在 AXI Interconnect的M01_AXI 端口右边出现一个勾，表示这是一个有效的连接端口，拖拽鼠标到这个端口。这样新的GPIO模块和AXI端口相连接。

类似，连接下面的端口

1. buttons s_axi_aclk——Zynq7 Processing System FCLK_CLK0
2. buttons s_axi_aresetn——Processor System reset Peripheral_aresetn[0:0]
3. AXI Interconnect M01_ACLK——Zynq7 Processing System FCLK_CLK0[0:0]
4. AXI Interconnect M01_ARESETN[0:0]——Processor System Reset Peripheral_aresetn[0:0]
5. 
   

  选择 Address Editor 标签。在该标签窗口，可以看到为switches自动分配了地址，但没有为buttons分配地址。选中buttons，单击鼠标右键，出现浮动菜单，执行菜单命令 Assign Address

（二）连接外部GPIO外设

  前面添加的按键和开关控制器buttons和switches,将连接到zedboard的相应的引脚，用于控制外部设备。该连接过程可以手工完成，也可以使用设计助手。相应的引脚约束信息由zedboard板给出。

连接外部GPIO外设的步骤如下：

1. 在Diagram视图中，忽略该提示，将手工创建一个端口，并且连接到buttons实例;
2. 鼠标右键单击 buttons 实例的GPIO端口，出现浮动的端口。执行 make external。该命令用于创建外部名字为gpio的端口，并且连接到外设；
3. 选择switches 模块的sws_8bits 端口，在其属性窗口内将其名字改为switches;
4. 选择buttons模块的GPIO端口，在其属性窗口内将其名字改为buttons;(由上游的宽度自动确定gpio接口宽度)
5. 在vivado 主界面菜单中，Tools ,Validate Design ;或者在 Diagram 左侧的一列工具栏内单击按钮，完成对设计的验证。

设计完成的系统结构

（三）设计约束

  在Source 窗口内，右键单击system.bd 文件，在浮动菜单内，执行Create HDL Wrapper，更新HDL文件。弹出Create HDL Wrapper 对话框，在该对话框内，选中 Let Vivado manage wrapper and auto-update 前面的复选框。然后进行综合，然后打开综合后的设计。

  在快捷栏下拉框下，选择I/O Planning 选项。展开button_tri_i，可以看到已经为该控制器分配了引脚，引脚信息也包含在板级支持包内。当IP自动连接到端口时，自动分配引脚，Switches_tri_i也自动分配了引脚。

(四)生成比特流和导出硬件到SDK

  在vivado 的Flow Navigator 窗口下找到并展开 Program and Debug 选项。在展开项中，找到并双击Generate Bitstream .

       在Vivado 当前工程主界面菜单下，执行菜单命令，File,Export,Export Hardware。弹出 Export Hardware 对话框，在该对话框中吗，必须选中 Include bitstream 前面的复选框（因为设计中使用了ZYNQ的PL部分）。然后执行 File, Launch SDK。

(五)生成测试程序

  在SDK主界面左侧的Project Explorer 窗口下，分别选中mem_test和mem_test_bsp，单击鼠标右键，出现浮动菜单。执行 Delete。这样就删除了前一个工程所生成的应用工程和板级支持包。

  同样的，在Project Explorer 窗口下，选中 system_wrapper_hw_platform_0 ，单击鼠标右键，出现浮动菜单，执行Delete,这样就删除了前一个工程生成的硬件平台信息。

  在SDK主界面菜单下，执行 File,New, Board Support Package。弹出一个对话框，单击Finish按钮，弹出Board Support Package Settings对话框，单击OK,自动编译BSP工程。

在SDK主界面的菜单下，执行命令 File，New，Application Project.弹出的对话框按如下配置 

  点击 Next 按钮， 弹出New Project-Template 对话框，在Available Templates 下面选择 Empty Application。单击 Finish 按钮，在后台运行库生成器并且生成xparameter.h文件

  在SDK主界面的 Project Explorer 窗口下，展开 TestApp,src。选中src，单击鼠标右键，出现浮动菜单。执行Import,展开General 选项，选择File System。单击Next,按下图

其中TestAPP.c的代码如下：

#include "xparameters.h"

#include "xgpio.h"



int main(void)

{

XGpio dip,push;

int psb_check,dip_check;



xil_printf("--Start of the Programm--\r\n");



XGpio_Initialize(&dip,XPAR_SWITCHES_DEVICE_ID);

XGpio_SetDataDirection(&dip,1,0xffffffff);



XGpio_Initialize(&push,XPAR_BUTTONS_DEVICE_ID);

XGpio_SetDataDirection(&push,1,0xffffffff);



while(1)

{

psb_check = XGpio_DiscreteRead(&push,1);

xil_printf("Push Buttons Status %x\r\n",psb_check);

dip_check = XGpio_DiscreteRead(&dip,1);

xil_printf("DIP Switch Status %x\r\n",dip_check);



sleep(1);

}



}  





（六）验证设计 按照前面的方法，连接PC和Zedboard直接的JTAG和UART,并且给板子上电。选择Terminal 标签，按以前的参数配置 UART。

  ​在SDK 主界面的菜单下，执行，Xilinx Tools，Program FPGA,在弹出的对话框中，单击Program按钮，将比特流文件下载到FPGA。当编程完成后，zedboard 板上的DONE LED（蓝色）变亮。

      在SDK主界面左侧的Project Explorer窗口下，选择TestApp,单击鼠标右键，出现浮动菜单。执行Run As，Launch on Hardware(GDB).将应用程序下载到FPGA，执行ps7_init和TestApp.elf​