什么是FPGA

Xilinx以制造 可編程門陣列（FPGA）而聞名，它是基于一個(gè)通過可編程接點(diǎn)連接的可配置邏輯塊（CLBs）矩陣。根據(jù)Control Engineering Europe中的 “FPGA的優(yōu)點(diǎn)（Advantages of FPGA）”這篇文章，多種控制回路能夠以不同但是十分快的速度在FPGA設(shè)備上運(yùn)行。FPGA也可以在制造后再編程以達(dá)到別種應(yīng)用或是功能需求，這使它在專業(yè)工程師中非常流行。許多工程師都把這種技術(shù)應(yīng)用到機(jī)械學(xué)習(xí)，無線通信，嵌入式視覺和云計(jì)算應(yīng)用中。

什么是ZYNQ

Xilinx Zynq?-7000 全可編程系統(tǒng)芯片 （AP SoC）系列包含了基于嵌入式處理器的軟件可編程性和FPGA的硬件可編程性。這個(gè)技術(shù)使得我們在單一設(shè)備上集成CPU，DSP，ASSP和混合信號(hào)功能時(shí)進(jìn)行關(guān)鍵分析和硬件加速。

安裝Vivado， SDK 和板支持文件

在創(chuàng)建數(shù)字或系統(tǒng)設(shè)計(jì)前你首先需要安裝 Xilinx Vivado 設(shè)計(jì)套件。 Xilinx Vivado Webpack 這個(gè)版本是免費(fèi)的，通過 Digilent Wiki 上提供的使用指導(dǎo)也可以幫助你快讀安裝和運(yùn)行Vivado。在下載Vivado時(shí)，確保你使用設(shè)計(jì)工具（Design Tools）欄目中的“軟件開發(fā)套件（Software Development Kit）”來安裝SDK。為了防止你忘了這個(gè)步驟，你也可以返回安裝軟件來安裝“軟件開發(fā)套件（Software Development Kit）”。

內(nèi)容

一旦你下載并安裝了Vivado，你需要把ZYBO板文件放入本地Xilinx Vivado文件夾，它定義了ZYBO板上的不同界面和協(xié)議。之后你就可以成功建立IP和SDK了。Diligent提供了一個(gè)教程： https://reference.digilentinc.com/reference/software/vivado/board-files？。.. 。

注意：在Vivado board文件安裝指導(dǎo)中，你需要把頭文件（board_files）放入你的本地文件夾。然后，我會(huì)推薦你復(fù)制獨(dú)立的board文件（例如，一旦你下載了vivdado board文件，找到vivado-boards-master ewoard_files并復(fù)制“zybo文件夾”。否則你可能會(huì)在設(shè)計(jì)中碰到一些不必要的錯(cuò)誤。

創(chuàng)建項(xiàng)目

我將會(huì)使用 Digilent ZYBO 并根據(jù)他們的 開始指南（getting started guide） 來創(chuàng)建一個(gè)簡單的HelloWorld項(xiàng)目。

項(xiàng)目概要

在這個(gè)項(xiàng)目中你將會(huì)學(xué)到如何用四個(gè)板上的開關(guān)來控制板上的LED。當(dāng)你按下四個(gè)不同的按鈕后，你可以看到來自電腦端的多種信息。

設(shè)計(jì)流程

打開Vivada并選擇Zybo板

創(chuàng)建一個(gè)新的Vivado項(xiàng)目

在新的項(xiàng)目中創(chuàng)建一個(gè)空的板塊設(shè)計(jì)工作區(qū)

使用IP集成工具添加需要的IP模塊并創(chuàng)建硬件設(shè)計(jì)

驗(yàn)證并保存板塊設(shè)計(jì)

創(chuàng)建HDL系統(tǒng)封裝

運(yùn)行設(shè)計(jì)綜合與實(shí)現(xiàn)

生成Bit文件

導(dǎo)出包含了bit源文件的硬件設(shè)計(jì)到SDK工具

開啟 SDK

硬件設(shè)計(jì)概要

你可以根據(jù)開始指南（getting started guide）中的步驟2-6來創(chuàng)建硬件設(shè)計(jì)，以下是一些說明。

自動(dòng)運(yùn)行模塊（Run Block Automation）對話框可以讓你提供微處理器系統(tǒng)需要的一些基礎(chǔ)特性輸入。

“3.4）雙擊新的axi_gpio_0內(nèi)核可以彈出自定義窗口。在IP設(shè)置頁檢查啟動(dòng)雙通道，并點(diǎn)擊OK”，你可以創(chuàng)建兩種輸入-SW和BTN。每一個(gè)axi_gpio內(nèi)核都支持32位單雙GPIO通道。在這個(gè)項(xiàng)目中，每個(gè)通道我們只需要四位。你可以在AXI GPIO Guide中找到詳細(xì)信息。

“3.5）重復(fù)步驟3.3可以添加另一個(gè)GPIO內(nèi)核，但是不要啟動(dòng)雙通道”，你將會(huì)創(chuàng)建一個(gè)輸出-LED。

自動(dòng)運(yùn)行連接可以幫助你hook界面和外部I/O接口

默認(rèn)，UART界面中的一種已經(jīng)被放置在ZYNQ IP中了

請參考：http://blog.dev-flow.com/en/8-first-use-of-the-zynq-7000-processor-system-on-a-zynq/。

軟件設(shè)計(jì)概要

你可以根據(jù)開始指南（getting started guide）中的步驟7-10來創(chuàng)建軟件設(shè)計(jì)，以下是一些說明。

當(dāng)你打開“src”文件夾中的“helloworld.c’’文件后（參考開始指南（getting started guide）中的步驟9.4），你可以通過以下步驟在用戶界面看到一些預(yù)設(shè)功能和庫的詳細(xì)內(nèi)容。

標(biāo)記功能/庫

右擊預(yù)設(shè)功能/庫并打開新選項(xiàng)看到聲明

以下是代碼和注釋

/*****************************************************

Getting Started Guide for Zybo

This demo displays the status of the switches on the

LEDs and prints a message to the serial communication

when a button is pressed.

Terminal Settings：

-Baud： 115200

-Data bits： 8

-Parity： no

-Stop bits： 1

1/6/14： Created by MarshallW

****************************************************/

/*include libraries from Xilinx*/

#include

#include “platform.h”

#include

#include “xparameters.h”

#include “sleep.h”

int main（）

{

XGpio input， output; /*Declare two structure input & output. XGpio is*/

int button_data = 0; /*Declare & Define initial button value*/

int switch_data = 0; /*Declare & Define initial switch value*/

/*Initialize the XGpio instance provided by the caller based on the given DeviceID.*/

XGpio_Initialize（&input， XPAR_AXI_GPIO_0_DEVICE_ID）; /*We define AXI_GPIO_0 as inputs - BTN & SW*/

XGpio_Initialize（&output， XPAR_AXI_GPIO_1_DEVICE_ID）;/*We define AXI_GPIO_1 as inputs - LED*/

XGpio_SetDataDirection（&input， 1， 0xF）; /*set first channel of input tristate buffer to input*/

XGpio_SetDataDirection（&input， 2， 0xF）; /*set second channel of input tristate buffer to input*/

XGpio_SetDataDirection（&output， 1， 0x0）; /*set only channel of output tristate buffer to output*/

init_platform（）; /*Initialize the platform hardware resources*/

/*Indefinite loop - running forever*/

while（1）{

switch_data = XGpio_DiscreteRead（&input， 2）; /*Read the switch （SW） value*/

XGpio_DiscreteWrite（&output， 1， switch_data）; /*Write the switch （SW） value to LED （LD）*/

button_data = XGpio_DiscreteRead（&input， 1）; /*Read the button （BTN） value*/

/*Set up if-else-if statement to print message in the

*UART terminal. This depends on whether one or

* more buttons are pressed

*/

if（button_data == 0x0）{} /*If no button is pressed， do nothing*/

/*If button value is binary 0001 （decimal 1）， button 0 （BTN0） is pressed. Use pre-defined function Xil-printf

* to print the message in the terminal

*/

else if（button_data == 0x1）

xil_printf（“button 0 pressed ”）;

/*If button value is “binary 0010 （decimal 2）”， button 1 （BTN1） is pressed. Use pre-defined function Xil-printf

*to print the message in the terminal

*/

else if（button_data == 0x2）

xil_printf（“button 1 pressed ”）;

/*If button value is “binary 0100 （decimal 4）”， button 2 （BTN2） is pressed. Use pre-defined function Xil-printf

*to print the message in the terminal

*/

else if（button_data == 0x4）

xil_printf（“button 2 pressed ”）;

/*If button value is “binary 1000 （decimal 8）”， button 3 （BTN3） is pressed. Use pre-defined function Xil-printf

*to print the message in the terminal

*/

else if（button_data == 0x8）

xil_printf（“button 3 pressed ”）;

else

xil_printf（“multiple buttons pressed ”）; /*All other values， print “multiple buttons pressed*/

usleep（200000）; /*Delay 200000us*/

}

cleanup_platform（）; /*Clean up all caches*/

return 0;

}

運(yùn)行項(xiàng)目

你可以根據(jù)步驟11來運(yùn)行項(xiàng)目。在你對FPGA進(jìn)行編程并成功創(chuàng)建應(yīng)用后，你可以看到以下：

1. 試著按下四個(gè)開關(guān)，并且各自相對應(yīng)的LED會(huì)亮起

2. 在串口端，按下每一個(gè)按鈕，會(huì)彈出“按鈕已被按下”的信息。