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羽亘朱
5 years ago
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版权所有, 禁止未经授权的商业使用行为 FPGA System Design Primer

2 培训内容基于 AXI4 的可编程 SoC 系统设计 ( 下 ) Xilinx 片上可编程系统设计导论 AXI4 规范 MicroBlaze 处理器原理 EDK13.1 工具概述操作系统 (OS) 及板级支持包 (BSP) 概述基于 MicroBlaze 和 AXI4 的可编程 SoC 系统实现

3 片上可编程系统设计实验 -- 实验内容介绍 EDK13.1 软件的使用方法和设计流程在介绍这部分内容时, 使用捐赠的板卡 Nexys3, 该板卡带有 Xilinx 最新一代的 Spartan-6 FPGA 芯片

4 片上可编程系统设计实验 -- 实验内容该内容主要包括 : 1. 工程的建立 ; 2. 添加 AXI4 IP 到硬件设计 ; 3. 定制 LED IP, 并添加 IP 到系统, 编写应用程序 ; 4. 定制 7 段数码管 IP, 并添加 IP 到系统, 编写应用程序 ; 5. 定制 PWM IP, 并添加 IP 到系统, 编写应用程序 ; 6. 实现 AXI4 中断控制系统 ; 7. 使用 AXI4 Chipscope 实现系统协同调试

5 片上可编程系统设计实验 -- 实验内容特别注意 : 在开始使用 XILINX 的 EDK 软件开始片上可编程系统开发前, 需要将光盘中 AXI 目录下名为 Digilent_Nexys3 板支持包文件夹复制到 : D:\Xilinx\13.1\ISE_DS\EDK\board\Xilinx\ipxact 下

6 --BSB 向导概念 BSB 向导帮助设计人员快速建立一个嵌入式系统工程对于更复杂的工程,BSB 向导提供基本的系统, 通过这个系统设计人员可以定制完成嵌入式设计为了高效率的建立工程,Xilinx 推荐使用 BSB 向导

7 --BSB 向导概念基于设计人员选择的板子, 设计人员通过 BSB 选择并配置基本的元素, 比如 : 处理器类型调试接口缓存配置存储器类型和大小外设等对于 BSB 不支持的目标系统, 设计人员可以选择定制板选项使用这个选项时, 必须指定未来板子的硬件, 并且要给出用户约束文件 UCF

8 --BSB 向导概念如果选择的是支持的目标板,BSB 向导自动的加入 UCF 文件当退出 BSB 时,BSB 所建立的 MHS 和 MSS 文件自动加入到 XPS 工程中, 设计人员能在 XPS 中进行更进一步的设计

9 --BSB 向导概念 BSB 可以根据设计人员的要求产生一个或多个软件工程每个工程包含能运行在硬件目标开发板上的简单的应用程序和链接脚本

10 -- 设计结构原理下图给出所设计系统的完整结构 M_AXI_IC Microblaze M_AXI_DC AXI-MM EMC SRAM JTAG MDM MBDEBUG DLMB M_AXI _DP ILMB AXI-Lite Ethernet MYIP GPIO GMII LED DIP GPIO PUSH LMB BRAM CNTLR LMB BRAM CNTLR UART Timer RS-232 BRAM INT CNTLR chipscope axi monitor 0 图 7.1 完整地系统结构

11 -- 设计结构原理 Microblaze JTAG MDM MBDEBUG M_AXI _DP DLMB ILMB AXI-Lite GPIO DIP GPIO PUSH LMB BRAM CNTLR LMB BRAM CNTLR UART RS-232 BRAM 使用 BSB 建立的最小系统结构

12 -- 使用 BSB 向导在 Windows 操作系统下, 选择所有程序 ->Xilinx ISE Design Suite13.1->EDK->Xilinx Platform Studio(XPS) 打开 EDK 软件 1) 打开 XPS, 在 XPS 主界面选择 File->New Project, 出现下图界面选择 Base System Builder Wizard (recommend), 然后单击 ok 按钮

13 -- 使用 BSB 向导创建新的工程, 选择该选项打开已经存在的工程, 选择该选项点击 Open 按纽

14 -- 使用 BSB 向导选择 System.xmp 文件点击 Open 按纽

15 -- 使用 BSB 向导选择创建一个新的设计点击 Next 按纽, 进入下一个界面

16 -- 使用 BSB 向导板子的供应厂商选择 Digilent 板子的名字选择 Spartan-6 Nexys3 板子的版本选择 C 点击 Next 按纽, 进入下一个界面这些信息来自 XBD 文件

17 -- 使用 BSB 向导给出了 AXI 系统的结构图

18 -- 使用 BSB 向导点击 Next 按纽, 进入下一个界面

19 -- 使用 BSB 向导开发板上给出的时钟频率 :100MHz CPU 的时钟频率 :100MHz 使用 FPGA 内 BRAM 的大小 :32KB 点击 Next 按纽, 进入下一个界面

20 -- 使用 BSB 向导选中这三项, 然后点击 Remove, 所构建的最小系统不包括以太网控制器,LED 灯,SPI Flash 点击 Next 按纽, 进入下一个界面

21 -- 使用 BSB 向导在该设计中没有使用高速缓存点击 Next 按纽, 进入下一个界面

22 -- 使用 BSB 向导每个 IP 的例化名字已经给每个外设控制器分配了基地址和高地址工程中所包含的文件点击 Finish 按纽, 进入下一个界面

23 -- 使用 BSB 向导总线标签 debug_module 与 AXI_LITE 接口连接 ; dlmb_cntrl 与 dlmb 总线连接 ; RS232_PORT 与 AXI_LITE 总线连接 ; 所用 IP 核及资源 LMB 控制器

24 -- 使用 BSB 向导端口标签 S_AXI 的端口连接 1)RS232_PORT 的 TX 与网络 RS232_Uart_1_sout 连接 ; 2)RS232_PORT 的 RX 与网络 RS232_uart1_sin 连接 ;

25 -- 新建工程的结构分析地址标签基地址高地址大小地址

26 -- 新建工程的结构分析 BRAM LMB 控制器 LMB 控制器处理器点击块图标签查看生成的块图

27 -- 新建工程的结构分析 DIP 控制器串口控制器按键控制器

28 -- 新建工程的结构分析在 XPS 主界面的左侧项目管理界面下, 单击 Project 标签, 然后单击 Project File 旁边的 +, 双击 mhsfiles: system.mhs 来打开该文件硬件平台的描述被包含 MHS 文件中 MHS 文件是表示所设计的嵌入式系统的硬

29 -- 新建工程的结构分析端口说明 IP 说明

30 -- 新建工程的结构分析下一步, 选择这个, 产生网表想想这步完成的工作? 其实就是把这个抽象的结构, 转换成门级网表的连接.

31 -- 新建工程的结构分析这个过程需要持续一小部分时间, 请等待, 并且看看控制台给出的综合信息.

32 -- 新建工程的结构分析下一步, 选择这个, 产生布局布线比特流文件这个过程需要持续一小部分时间, 请等待, 并且看看控制台给出的实现过程的信息.

33 -- 新建工程的结构分析怀着好奇的心情, 看看在 FPGA 芯片内部是怎么实现这个结构的? 下面教你查看 FPGA 内布局的图. 双击 FPGA Editor

34 -- 新建工程的结构分析找到这个文件点击 OK, 打开文件

35 -- 新建工程的结构分析蓝色区域表示被使用的 CLB 终于知道了, 原来 FPGA 内的可编程单元被征用, 通过布线, 在 FPGA 内部实现了这个片上系统. 这也就是可编程 SOC 的本质所在过瘾后, 关闭这个工具

36 -- 建立软件应用程序选择输出硬件到 SDK

37 -- 建立软件应用程序选择输出和打开 SDK 软件

38 -- 建立软件应用程序定位路径到当前的工程窗口点击 OK 按纽, 进入下一个界面

39 -- 建立软件应用程序硬件设计文件被导入到 SDK 下面将添加设计的 BSP

40 -- 建立软件应用程序选择建立 Xilinx BSP, 作用是各种外设的软件驱动

41 -- 建立软件应用程序 BSP 的工程名字硬件平台的工程名字点击 Finish 按纽, 进入下一个界面 BSP 的名字 1) Xilkernel-Xilinx 操作系统 2) Standalone-BSP

42 -- 建立软件应用程序点击 OK 按纽, 进入下一个界面

43 -- 建立软件应用程序 SDK 开始自动编译 BSP

44 -- 建立软件应用程序 BSP 的各种文件下面将添加 SDK 自动生成的应用程序

45 -- 建立软件应用程序生成新的 C 工程

46 -- 建立软件应用程序工程名字选择生成外设测试应用程序

47 -- 建立软件应用程序点击 Next 按纽, 进入下一个界面

48 -- 建立软件应用程序选择该选项, 使用已经存在的 BSP 点击 Finish 按纽, 进入下一个界面

49 -- 建立软件应用程序打开并分析该文件应用程序的各种文件

50 -- 建立软件应用程序开关输入测试代码部分

51 -- 建立软件应用程序按键输入测试代码部分下面准备下载设计到芯片中

52 -- 生成链接脚本文件选择产生链接脚本文件

53 -- 生成链接脚本文件点击 Browse 按纽程序各段的分配情况定位产生.ld 文件的路径选择保存选择生成

54 -- 工程的下载产生比特流文件并且下载到板子上在下载前, 指令存储器 (FPGA 的 BRAM) 将被更新 ( 使用 GNU 编译器产生可执行的文件 ) 使用下面的步骤完成设计下载和结果的观察 : 连接 Nexys3 的 USB 线连接到主机的 USB 口打开目标板的电源打开主机的超级终端 ( 在 Windows 操作系统的开始 -> 所有程序 -> 附件 -> 通信下 ), 并且配置其参数, 使其波特率 9600, 数据位 :8 比特 ; 无奇偶校验 ; 一个停止位 ; 无流量控制

55 -- 工程的下载选择编程 FPGA 选项

$进入下一个界面选择软件应用程序.elf 文件 ( 即最终编译 \ 连接后的文件$

56 -- 工程的下载比特流文件块 RAM 映射文件点击 Program 按纽, 进入下一个界面选择软件应用程序.elf 文件 ( 即最终编译 \ 连接后的文件

57 -- 工程的下载等待编程成功, 在超级终端上观察结果, 同时在 Nexys3 板卡上操作按键和 DIP 开关, 观察打印信息的变化. 注意 : 如果前面没有选择生成链接脚本文件, 则需要选择 RUN->RUN, 来运行程序. 关闭 SDK 软件.

j_xilinx-training-courses_2012.pdf

j_xilinx-training-courses_2012.pdf Xilinx Training Catalog ... 2... 3-7 FPGA ISE... 8 FPGA... 9 FPGA... 10 FPGA... 11 Spartan-6... 12 Virtex-6... 13 7 FPGA... 14 PlanAhead... 15 PlanAhead... 16 ChipScope Pro... 17... 18... 19... 20 LogiCORE