PYNQ案例（一）：ZYNQ的PL與PS開發(fā)

上一期的學(xué)習(xí)中，我們系統(tǒng)性地介紹了PYNQ與ZYNQ地區(qū)別與聯(lián)系。PYNQ = Python + ZYNQ，即將ZYNQ部分功能的Python化，直接調(diào)用Python庫和FPGA硬件庫進行功能的開發(fā)。

Pynq降低了開發(fā)人員的門檻，但知其然也知其所以然，開發(fā)效率將會更高。因此，在進入PYNQ的python開發(fā)之前，我們先來學(xué)習(xí)ZYNQ的PL與PS開發(fā)，為接下來的學(xué)習(xí)提供良好的基礎(chǔ)。

本部分的學(xué)習(xí)，我們依舊借助PYNQ_z2來完成。

1. ZYNQ功能塊
ZYNQ中包含兩大功能塊：PS部分和PL部分。

PS部分指Processing System，一個基于雙ARM Cortex A9內(nèi)核的處理系統(tǒng)，其中集成了內(nèi)存存儲器和外部存儲器接口，以及如GPIO、UART接口等大量的外設(shè)。

PL部分指Programmable Logic，基于Xilinx 7系列架構(gòu)的可編程邏輯單元，通過PL部分可以為ARM定制很多外設(shè)，這也是ZYNQ的一大優(yōu)點。

2. ZYNQ整體架構(gòu)
ZYNQ中雖然包含PS端和PL端，但是整個設(shè)計是以ARM處理器為中心的，PS端的ARM內(nèi)核可以獨立于PL端運行；雖然PL端也可以獨立于PS端運行，但是PL的配置是由PS端完成的，所以不能采用傳統(tǒng)的固化FLASH的方式固化PL端程序。

PS端和PL端通信是通過AXI接口協(xié)議連接，這個協(xié)議是AMBA的一部分，是一種高性能、高帶寬、低延遲的片內(nèi)總線。

3. vivado與PL開發(fā)
下面我們通過一個LED燈的小項目進行本部分學(xué)習(xí)：

實驗：輪流點亮LED燈

1. 打開vivado hls，點擊Create New Project Project”，創(chuàng)建一個新工程。

2. 設(shè)置工程名led和路徑，在工程類中中選擇RTL Project，目標(biāo)語言“Target language“選擇選擇“Verilog Verilog”，多語言混合編程。

選擇板子的時候搜索xc7z020clg400-1，這是PYNQ的板子號，選擇完成（PYNQ-Z2板采用ZYNQ XC7Z020-1CLG400C SoC）。

3. 新建一個 VerilogHDL 文件，可以通過右擊 Design sourse 選擇 AddSourse，選擇第二個選項

選擇 CreateFile…在彈出下面窗口填寫新建源文件名稱

創(chuàng)建完成點擊 Finish

4. 在用戶區(qū) VerilogHDL 文件窗口中輸入源程序，保存時文件名與實體名 保持一致，代碼如下：

得到的最終界面：

5. 新建約束文件，輸入下面指令

6.單擊”Run Synthesis“開始綜合->彈出的對話框單擊”O(jiān)K“->綜合完成后單擊”cancle“->點擊“Constrain wizard"

點擊finish

7. 時序約束向?qū)Х治龀鲈O(shè)計中的時鐘，這里把“sys_clk”頻率設(shè)置為50Mhz，然后點擊Skip to Finish結(jié)束時序約束向?qū)А?/p>

在彈出的框選擇OK,接著選finish

這個時候led.xdc文件已經(jīng)更新，點擊“Reload”重新加載文件

8. 點擊“Generate Bitstream”,直接生成bit 文件。

在彈出的對話框中可以選擇任務(wù)數(shù)量，這里和CPU核心數(shù)有關(guān)，一般數(shù)字越大，編譯越快，單擊”O(jiān)K”

9. 這個時候開始編譯，可以看到右上角有個狀態(tài)信息，在編譯過程中可能會被殺毒軟件、電腦管家攔截運行，導(dǎo)致無法編譯或很長時間沒有編譯成功。

編譯中沒有任何錯誤，編譯完成，彈出一個對話框讓我們選擇后續(xù)操作，這里選項“open hardware manager” ,然后單擊“OK”

10. 下載到板子

1)連接好開發(fā)板的 JTAG接口，給開發(fā)板上電

2)可以看到JTAG掃描到arm和 FPGA 內(nèi)核

3)選擇FPGA內(nèi)核，右鍵選擇“Program Device...” ，在彈出窗口中點擊“Program”

4)等待下載，下載完成以后，我們可以看到4 顆LED開始每秒變化一次