【OpenHW12参赛手记】ZedBoard-自定义IP核实现+PS成功调用【详细步骤+流程介绍+源码】 转载

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软件环境：WIN7_64 + ISE 14.4 (system_edition)

硬件：Zedboard、USB-Cable线

搭建图：

       经过前几天的学习，查看数据手册、官方例程，笔者已经对Zedboard有了基本的了解，但是怎样才能充分发挥ZYNQ的优势呢？这个就不得不说下ZYNQ的基本架构了，它分为PS（Processing System）和PL（Programmable Logic）两大部分。PS集成了双核的ARM Cortex-A9，并内置有很多通用的外设，比如DDR控制器、USB控制器、各种通用总线接口。PL部分： Zedboard使用了XILINX芯片XC7Z020，而查看官方数据可知它使用了和7系列Aritex相同的架构，性能极为强悍！想要最大程度的利用ZYNQ芯片的性能，可以把PS和PL部分结合起来，而这个首先得知道怎么自定义通用IP核，并将之导入到PS中，然后编写驱动和应用程序来入门。笔者刚开始也是一头雾水，查看help，官方教程，可是大多数资料都只是讲怎么使用ISE提供的现成IP核，对于怎么定义用户自己的IP核却是要么不说要么讲的很模糊，害得笔者亲自动手折腾了十几次才最终搞明白，现将详细过程记录如下，以供后来者能够少走些弯路。

       经过笔者个人亲自尝试，自定义IP核并在PS中使用大致流程如图1所示。

                                  图1

 笔者所做的这个工程是基于Zedboard开发板， IP核的功能是读取拨码开关的状态，并写数据控制LED灯。应用程序是在输出台上输出拨码开关的状态，并给LED灯写入0x24。具体方法如下：

1、打开PlanAhead创建新工程，并配置XPS（略），不清楚的可以去参考笔者所写的前一篇博文，http://www.eefocus.com/jefby1990/blog/13-03/291863_e5055.html

2、当PlanAhead默认打开XPS后，如图2所示，调整参数使之如图3所示，因为我们想要定义自己的IP核来使用LED和SW，故删除自带的对应IP核，另外按钮没用到，故也可以删除。

                                                    图2

                                                    图3

3、点击Finish。此时等大约一分钟左右XPS中出现了ZYNQ的SAV图，此时，点击图4中黑色矩形部分，创建或者导入外设，后面一直按默认点击NEXT，直至图5，按图5中创建并配置自己的IP核，然后NEXT，如图6所示，选择AXI4-Lite总线，AXI全名为Advanced eXtensive Interface，是AMBA下一个很重要的总线接口，而AXI-Lite是AXI总线协议的精简版，详细信息可以参考XILINX的help文档。点击NEXT，如图7，这个是XILINX为了简化用户工作量封装的IP和AXI总线之间的功能模块IPIF，然后继续NEXT，如图8所示，此时设置用户读写的寄存器的数量为2，因为我们需要读取拨码开关SW的状态，并使用数据控制LED灯，故需要两个寄存器。NEXT，如图9所示，保持默认即可，不用修改，然后一路NEXT直至图10所示，生成ISE工程文件和驱动，第一个选项可以选也可以不选，笔者比较熟悉VHDL，故没选，熟悉Verilog的可以勾上，然后NEXT,点击Finish。此时在XPS的IP Catalog中可以看到我们创建的IP核my_gpio。如图11所示.

                                                     图4

                                       图5

                                          图6

                                               图7

                                         图8

                                    图9

                                     图10

                                         图11

下一步是要修改我们的IP核让其满足我们的要求，此时，打开PlanAhead的工程目录，找到生成的my_gpio的ISE工程文件，如图12所示，继续打开project3.srcs文件夹中，按路径打开子文件夹，直至出现ISE工程文件，如图13所示， 使用ISE打开该文件，并打开文件USER_LOGIC.VHD文件如图14所示，添加两行代码如红色矩形部分所示。此为我们自己定义的IP端口。查看USER_LOGIC.VHD代码可以知道，两个寄存器分别为slv_reg0和slv_reg1，我们使用slv_reg0作为SW和AXI总线的数据寄存器，则该寄存器只读，为此，注释掉该寄存器写逻辑，具体如图15所示，下一步定义我们自己的信号sw_reg0,sw_reg1，（为了同步SW信号）如图16所示，继续添加同步逻辑，如图17所示，下一步，增加写LED和读取SW状态逻辑，具体方法如图18所示，接着更改顶层文件my_gpio.vhd，在图19所示的代码中添加端口如图20所示，然后如图21所示在USER_LOGIC_I模块中添加代码，如此之后，IP逻辑基本写完了，使用综合工具综合并查看RTL视图，如图22和23所示，从图23可以看出我们定义的端口LED和SW分别都有效定义了，下一步，回到XPS中，如图24所示进行查看MPD文件，MPD(Microprocessor Peripheral Definition)，即微处理器外设定义文件，并如图24添加代码并保存，接着，如图25操作，Rescan user repositories，重新扫描用户目录，紧接着，添加设计的IP核，如图26所示 ，下面一路默认即可，最终如图27所示，可以看到我们增加的接口已经显示出来了，下一步是把我们的端口引出去，具体如图28和图29所示，最终如图30所示，下一步是为我们的外设分配映射到内存的地址，GP0和GP1是通用的I/O端口，GP0范围为0x4000000~0x7FFFFFFF,GP1的范围是0x80000000～0xBFFFFFFF，如图31所示，可以看出系统已经为我们默认设置了地址0x75c00000~0x75c0FFFF，只需锁定即可。此时点击Graphic Design View可以看到我们设计的IP核的端口情况。如图32所示。接着，关闭XPS,回到PlanAhead，右击system为此设计增加top HDL文件，具体如图33所示，

                                      图12

                                     图13

                                 图14

                                图15

                               图16

                               图17

                            图18

                           图19

                         图20

                           图21

                           图22

                                                           图23

                                                         图24

                                                         图25

                                                 图26

                                             图27

                                     图28

                                    图29

                                    图30

                                         图31

                                     图32

                                        图33

接着，如图34所示操作，添加文件，弹出窗口，如图35进行选择，接着NEXT,如图36进行操作，并确定，生成约束文件，接着，打开生成的system.ucf文件，编辑如图37所示，最后保存，并如图38所示，点击红色矩形所示区域，生成bit流文件，完成后如图39所示。接着，如图40所示，导出硬件到SDK，

                                  图34

                                图35

                                图36

                                图37

                                                              图38

                                                               图39

                                                       图40

如图41所示，设置，点击OK，即可。在SDK里面，my_gpio的地址映射如图42所示，我们新建项目，如图43所示，并如图44所示设置项目，点击NEXT,选择memory test，Finish。接着如图45所示，点击所示阴影区域，去掉自动编译选项。接着去目录E:\Project\openhw\project_3\project_3.srcs\sources_1\edk\system\drivers\my_gpio_v1_00_a\src下找到文件my_gpio.c和my_gpio.h，并且将其拷贝到目录E:\Project\openhw\project_3\project_3.sdk\SDK\SDK_Export\my_gpio\src下，接着，我们打开my_gpio.h和my_gpio.c可以看到，这里面是对函数Xil_Out32和Xil_In32的封装，具体如图47所示，

                                                          图41

                                       图42

                                   图43

                                                                       图44

                                                              图45

                                 图46

                                  图47

我们修改文件memory_test.c如下所示，

#include <stdio.h>

#include "xparameters.h"

#include "xil_types.h"

#include "xstatus.h"

#include "xil_testmem.h"

#include "platform.h"

#include "memory_config.h"

#include "my_gpio.h"

#define BASE_ADDR 0x75c00000

int main()

{

unsigned int i;

    init_platform();

    //读取SW的状态，这个函数是XILINX为我们编写的驱动，包含在头文件my_gpio.h中

    i = MY_GPIO_mReadReg(BASE_ADDR,0);

    xil_printf("sw state is %x",i);

    //将0x24写入LED灯

    MY_GPIO_mWriteReg(BASE_ADDR,0x00000004,0x24);

    cleanup_platform();

    return 0;

}

                              图48

最后，编译工程，完成后打开电源，将bit流下载到FPGA开发板上，配置串口，运行，（不清楚的可以去看下我的上一篇博文http://www.eefocus.com/jefby1990/blog/13-03/291863_e5055.html，里面有详细步骤），接着并按如图49配置运行环境，点击确定，接着如图50，点击红色矩形按钮，生成debug，并运行即可！串口输出结果如图51所示。而此时开关状态和LED情况如图52所示。即运行成功！是不是很有成就感啊！

                                    图49

                             图50

                             图51

                             图52

最后的最后，我想说的是这只是一个开始，没有涉及到中断、高级调用等等，但是我们已经对基本流程有个大致的了解了，剩下的就是功能完善的问题了。 另外由于笔者水平有限，有什么问题请指出（通过留言或者邮箱联系）！谢谢！

这里是原工程下载地址以及本博文的PDF版（个人推荐下载）。需要的可以下载！pan.baidu.com/share/link

jefby.

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