ZYNQ-7020嵌入式系统学习笔记（1）——使用ARM核配置UART发送Helloworld

本工程实现调用ZYNQ-7000的内部ARM处理器，通过UART给电脑发送字符串。
硬件：正点原子领航者-7020
开发平台：Vivado 2018、 SDK

1 Vivado部分操作

1.1 新建工程

设置工程名，选择芯片型号。

1.2 添加和配置PS IP

点击IP INTEGRATOR，Create Block Design。

1.2.1添加IP

添加ZYNQ7 Processing System。

1.2.2 配置PS

1. 修改DDR Configuration：

• 7020选择MT41J256M16 RE-125（256M162=8190Mbit=8Gbit）两片DDR3，位宽16，深度256M
• 7010选择MT41J128M16 HA-125 （128M162=4096Mbit=4Gbit）两片DDR3，位宽16，深度128M
  

2. 选择外设引脚Peripheral I/O Pins：

由于入门教程需要使用串口输出“Hello World”，因此只要选择UART。

由于开发板硬件设计如上图所示：串口输出的引脚已经对应好了，为PS_MIO14_500和PS_MIO15_500。
查看设置界面，只能选择UART0行的第二个UART0。

3. 设置 PS-PL Configuration：

UART0串口波特率任意设置，一般为9600、115200。

4. 设置MIO Configuration：
   设置串口引脚的电平和速度。

查看原理图或电源拓扑，可以看到BANK500的电源电压为3.3V，BANK501的电源电压为1.8V。
因此设置BANK0为LVCMOS 3.3V，BANK1为LVCMOS 1.8V。

5. 配置完成，点击OK。

1.2.3 关闭不需要的接口

由于是初始工程，大部分接口是不需要的，包括：M_AXI_GP0_ACLK、M_AXI_GP0、FCLK_CLK0、FCLK_RESET0_N。

1. 关闭AXI接口：接口双击进入PS配置界面，选择PS-PL Configuration -> AXI Non Secure Enablement -> GP Master AXI Interface，取消勾选M AXI GP0 interface。

2. 关闭CLK接口：进入Clock Configuration -> PL Fabric Clocks，取消勾选FCLK_CLK0。

3. 关闭RESET接口：进入PS-PL Configuration -> General -> Enable Clock Resets，取消勾选FCLK_RESET0_N。

多余接口都关闭，可以得到如下模块：

1.2.4 生成连接和验证

1. 自动化连接：
   点击Run Block Automation，进入界面，选中模块，点击OK。

模块会自动生成引脚，连接外部DDR3和串口引脚。

2. 验证：
   点击Validate Design，自动验证模块是否有错误或警告。

1.3 生成子模块和顶层文件

1. 生成子模块：
   右键IP，Generate Output Products，对模块进行综合和约束。
   

2. 创建顶层文件：
   右键IP，Create HDL Wrapper。

选择第二个Let Vivado manage wrapper and auto-update。如果修改IP内部细节，Vivado会自动修改外部接口等。

3. 由于本工程内没有用到PL部分，只有PS部分，因此不需要Generate Bitstream，直接可以导出硬件。

1.4 导出硬件

1. 导出硬件：
   点击菜单栏File -> Export -> Export Hardware。

此处不需要选择Include bitstream，其他工程如果用到了PL部分，那就需要选择。

2. 以上操作会在工程目录下新建一个.sdk文件夹，内部有一个system_wrapper.hdf文件，该文件可以用解压软件打开，内部包括*.c、*.h等文件。

3. 打开SDK：
   菜单栏File -> Launch SDK。

点击OK。

2 Software Development Kit部分操作

软件基于Eclipse开发，以下就是进行C语言的编写。

2.1 新建工程

1. 点击File -> New -> Application Project。
   

2. 设置工程信息：
   添加工程名，然后点击Next。

3. 选择Empty Application，点击Finish。

4. 可以看到SDK界面的Project Explorer中生成了两个文件夹hello_world和hello_world_bsp。

• hello_world：存放自己编写的软件。
• hello_world_bsp：存放板级支持包，相当于硬件驱动，作为硬件和软件之间的桥梁。
• system_wrapper_hw_platform_0：存放系统硬件信息。

2.2 编写软件

1. 创建工程文件：
   右键hello_world->src，New -> Source File，新建文件名必须为main.c。
   

2. 编写并保存main.c

/*
 * main.c
 *
 *  Created on: 2024年11月17日
 *      Author: win10
 */
#include "stdio.h"

int main(){
	printf("hello world\n");
	return 0;
}

保存后会自动编译，如果编译错误，会在界面底部Problems中报错。

3. 通过编译之后，即可将软件烧录到FPGA中。

2.3 FPGA板配置

由于FPGA板设计时PL和PS的UART共用了同一个串口芯片，因此，需要修改跳线帽到PS端。

连接JTAG调试线，电源线和USB_UART的TYPE-C线。

2.4 连接串口

1. 找到SDK Terminal：Window->Show View -> Other

输入关键词，选择对应窗口，点击OK。

2. 由于上一步已经连接串口，此时可以通过SDK Terminal连接。

（1）打开电脑设备管理器，查看COM口。

（2）点击加号连接串口。

选择对应串口号，设置波特率，其他默认。

如果显示以下信息，则说明连接成功。

Connected to COM8 at 115200

2.4 下载程序

由于刚才保存的时候，系统已经自动编译了.elf文件，可以从左侧hello_world，Binaries目录看到。

右键.elf文件，选择Run As -> 1 Launch on Hardware (System Debugger)。

SDK log输出：

串口输出结果：

Connected to COM8 at 115200
口

Connected to COM8 at 115200
9莌ello world

Connected to COM9 at 115200
hello world

本结果进行多次尝试，前面数据错误，可能与USB线的质量和信号干扰有关。