zedboard的demo評測

轉載來自：http://blog.csdn.net/xiaoyangger/article/details/7970142

Zedboard是第一款面向開源社群的Zynq-7000系列開發板，而Zynq-7000系列FPGA，也稱為完全可程式設計（All Programable）SoC，是Xilinx一個有重大意義的產品系列。

在FPGA裡整合高效能的處理器核心一直是眾多FPGA廠商以及客戶的需求，Zynq-7000的面世標誌著Xilinx在SoC整合度上的一個突破，實現了雙核Cortex-A9 MPcore和最新的28nm 7系列可程式設計邏輯的緊密整合。

上圖可以看出Zynq晶片內部可以分為兩部分PS（Processing System）和PL（Programmable Logic），其中PS部分有點像傳統的處理器內部結構，包括CPU核、圖形加速、浮點運算、儲存控制器、各種通訊介面外設以及GPIO外設，而PL部分就是傳統的可程式設計邏輯和支援多種標準的IO，它們之間通過內部高速匯流排互聯。這種架構既提高了系統效能（處理器和各種外設控制的”硬核“），又簡化了系統的搭建（可程式設計的外設配置），同時提供了足夠的靈活性（可程式設計邏輯）。

Zedboard的一個簡單框圖，板上的外圍功能都是圍繞Zynq晶片

Zynq晶片的配置

因為是最新的晶片和開發套件，資料還是比較少的，而且基本都是大部頭的英文。要用FPGA進行開發，首先要了解FPGA的配置過程。傳統的SRAM型FPGA都是通過JTAG介面、外接非易失性儲存器（PROM、FLASH）或者外部處理器一次性將程式下載到FPGA中配置。而Zynq晶片則不同，其內部整合了處理器硬核和可程式設計邏輯，所以它的配置啟動是分階段的。

• Stage 0：bootROM過程，Zynq晶片PS部分有片上ROM和RAM，在晶片上電或者復位後，其中一個處理器會執行片上ROM的程式碼進行初始化，判斷啟動裝置（boot device），將啟動裝置上的FSBL（first boot loader）程式碼拷貝到片上RAM內。
• Stage 1：啟動裝置包括SPI FLASH、SD和JTAG，FSBL程式碼是使用者自己定製的，拷貝到片上RAM後執行。包括初始化PS部分配置、配置PL部分邏輯、載入和執行SSBL（second boot loader）或應用程式。
• Stage 2：上一階段後硬體已經配置完成。這一階段是可選的，完成Linux系統啟動過程（U-BOOT）。

通過Zynq晶片的啟動過程可以看到上電或者復位後片內處理器首先啟動，然後根據MODE引腳判斷啟動方式，Zedboard的啟動可以通過Quad-SPI FLASH、SD卡或者JTAG介面，如下表：

管腳	MIO6	MIO5	MIO4	MIO3	MIO2
跳線	JP11	JP10	JP9	JP8	JP7
JTAG Mode
Cascade JTAG					0
Independent JTAG					1
Boot Device
JTAG		0	0	0
Quad-SPI		1	0	0
SD card		1	1	0
PLL Mode
PLL used	0
PLL bypass	1

Zedboard上有兩個JTAG，一個可以接Xilinx程式設計電纜，一個是USB轉JTAG

Demo演示

Zedboard的附件中的4G SD卡預裝了一個演示的Linux檔案系統，而且板載的SPI FLASH上也有一個簡單的Demo程式，下面我們來看看這些demo程式的功能，能夠很快熟悉Zedboard的使用和板上的外設功能。

1. Quad-SPI啟動

板載SPI FLASH中預置了一個非常簡單的程式，SPI-FLASH啟動過程可以分為：

• 上電後，片上ROM程式執行，初始化後判斷從SPI FLASH啟動。
• 從SPI FLASH拷貝FSBL到片上RAM執行
• FSBL執行，處理器從SPI FLASH讀取位元流（bitstream）配置Zynq的PL部分
• PL配置完成後執行，點亮LED

首先要MODE跳線選擇在SPI FLASH啟動模式，如下圖所示：

接通Zedboard電源，程式啟動，因為是一個非常簡單程式，所以啟動配置過程非常快，藍色LED（LD12）變亮說明Zynq晶片配置完成，程式執行後按照（10101010）邏輯點亮使用者LED。

2. SD驅動

隨板附送的SD卡中有一個演示的Linux檔案系統，而且在Linux系統下有一些指令碼例程用來控制Zedboard板上各種外設的功能，這與之前的FPGA除錯很不一樣，顯示了Zynq晶片軟硬體開發的強大和靈活性。

首先搭好Zedboard平臺，連線12V電源（J20）、USB-UART介面（J14）到計算機、插上SD卡（J12）、VGA（J19）或者HDMI（J9）。

上圖看到跳線J6必須短接，MODE跳線選擇SD啟動。

該Linux檔案系統沒有圖形介面或者控制檯，所以必須通過串列埠或者ssh訪問。如果沒有安裝過USB-UART驅動，可以先通電後安裝USB串列埠驅動。安裝好驅動後開啟一個串列埠監視器，可以使用XP的超級終端或者其他的串列埠除錯工具。

用putty來監視串列埠，串列埠引數設為波特率115200、資料位8、停止位1、校驗無。

準備好以後，可以接通電源，從SD卡啟動過程可以分為：

• 上電後，片上ROM程式執行，初始化後判斷從SD卡啟動。
• 從SD卡拷貝FSBL到片上RAM執行，FSBL配置FPGA，藍色LED（LD12）變亮說明配置完成。
• 從SD讀取SSBL，開始Uboot過程（啟動Linux），啟動過程中VGA輸出了一個Demo演示影象。
• 串列埠監視程式會顯示Linux啟動過程（需要上電前開啟putty視窗），啟動完成後，板上OLED會顯示一個Digilent demo影象。

Putty監視視窗如下，可以看到Linux系統已經啟動了檔案系統、telent終端、HTTP、FTP、SSH服務以及開始了OLED顯示，而且Zedboard的網口IP固定為了192.168.1.10。

Linux系統啟動後，現在可以上面做一些演示的實驗以體驗下Zynq晶片的應用。

1）控制GPIO

在/usr/bin目錄下有一些指令碼檔案用來控制或讀取一些外設的狀態。

指令碼read_sw用來讀取板上8個開關的狀態，在命令列輸入read_sw會顯示輸出開關的狀態值（16位進位制和10進位制）。

指令碼write_led用來控制板載8個使用者LED燈（LD0~LD7）的顯示，輸入write_led 後面加一個數值（可以是16位進位制或者10位進位制數，最大255），例如write_led 0xFF與write_led 255效果一樣，都是點亮8個LED。

2）OLED

系統啟動時在OLED有一個預設的Digilent公司logo顯示，可以通過指令碼unload_oled和load_oled掛載和關閉OLED顯示。

VGA顯示一個預設的條紋碼影象

HDMI輸出也顯示一個預設的小企鵝畫面

3）網口

Linux系統啟動是初始化了Zedboard上的網口，設定固定IP192.168.1.10。演示系統的網路引數不能修改，因此並不能真正連到網際網路遠端訪問。輸入ifconfig檢視Zedboard此時網路設定：

可以通過網線連線一臺主機，然後修改主機的網路設定：

設定好了，在主機瀏覽器輸入192.168.1.10，可以看到一個Http頁面：

前面我們看到Linux啟動了ssh服務，這裡也可以通過ssh訪問Zedboard，開啟putty：

確定後進入登陸視窗，使用者root，密碼root，這樣我們就能夠訪問Zedboard上的Linux了。

現在和串列埠訪問模式一樣，也可以輸入指令碼控制Zedboard上的外設了。

在Linux下還有一些實驗，可以參考Zedboard的入門手冊。

小結

瞭解了Zynq晶片的配置啟動過程，演示了從Quad-SPI FLASH啟動和通過SD卡啟動Zedboard過程，完成了在Linux下的一些演示實驗。後續會介紹通過JTAG啟動Zedboard以及用ISE開發程式流程。