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1、 何宾何宾Tel： email: 高等教育出版社高等教育出版社北京中教仪装备技术有限公司高教社高教社&XILINX SOC竞赛培训竞赛培训系列课程系列课程 FPGA System Design Primer 电子设计竞赛培训PSOC实验一Stillwatersrundeep.流静水深流静水深,人静心深人静心深Wherethereislife,thereishope。有生命必有希望。有生命必有希望北京中教仪装备技术有限公司北京中教仪装备技术有限公司培训内容 Xilinx片上可编程系统设计导论片上可编程系统设计导论 AXI4规范规范 MicroBlaze处理器原理处理器原理 EDK13.1工具概述
2、工具概述 操作系统操作系统(OS)及板级支持包及板级支持包(BSP)概述概述 基于基于MicroBlaze和和AXI4的可编程的可编程SoC系统实现系统实现基于基于AXI4的可编程的可编程SoC系统设计系统设计 (下下)北京中教仪装备技术有限公司北京中教仪装备技术有限公司片上可编程系统设计实验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。北京中教仪装备技术有限公司北京中教仪装备技术有限公司片上可编程系统设计实验片上可编程系统设计实验-实验内容该内容
3、主要包括：内容主要包括： 1. 工程的建立；工程的建立； 2. 添加添加AXI4 IP到硬件到硬件设计设计； 3. 定制定制LED IP,并添加并添加IP到系到系统统,编写写应用程序；用程序； 4. 定制定制7段数段数码管管 IP,并添加并添加IP到系到系统统,编写写应用程序用程序； 5. 定制定制PWM IP,并添加并添加IP到系到系统,编写写应用程序用程序; 6. 实现AXI4中断控制系中断控制系统； 7. 使用使用AXI4 Chipscope实现系系统协同同调试。北京中教仪装备技术有限公司北京中教仪装备技术有限公司片上可编程系统设计实验片上可编程系统设计实验-实验内容特别注意： 在开始使
4、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igilent_Nexys3板支持包文件夹复制到: D:Xilinx13.1ISE_DSEDKboardXilinxipxact下北京中教仪装备技术有限公司北京中教仪装备技术有限公司实验一：工程的建立实验一：工程的建立-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。北京中教仪装备技术有限公司北京中教仪装备技术有限公司实验一：工程的建立实验一：工程的建立-B
5、SB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。 北京中教仪装备技术有限公司北京中教仪装备技术有限公司实验一：工程的建立实验一：工程的建立-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。北京中教仪装备技术有限公司北京中教仪装备技术有限公司
6、实验一：工程的建立实验一：工程的建立-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。北京中教仪装备技术有限公司北京中教仪装备技术有限公司实验一：工程的建立实验一：工程的建立-设计结构原理 下图给出所设计系统的完整结构。M_AXI_DCM_AXI_ICILMBDLMBMicroblazeLMBBRAMCNTLRLMBBRAMCNTLRBRAMAXI-MMEMCAXI-LiteM_AXI _DPEthernetMYIPGPIOGPIOUARTTimerINT CNTLRMDMMBDEBUGJTAGSRAMGMII
7、LEDDIPPUSHRS-232图7.1 完整地系统结构chipscope axi monitor 0北京中教仪装备技术有限公司北京中教仪装备技术有限公司实验一：工程的建立实验一：工程的建立-设计结构原理ILMBDLMBMicroblazeLMBBRAMCNTLRLMBBRAMCNTLRBRAMAXI-LiteM_AXI _DPGPIOGPIOUARTMDMMBDEBUGJTAGDIPPUSHRS-232使用使用BSB建立的最小系统结构建立的最小系统结构北京中教仪装备技术有限公司北京中教仪装备技术有限公司实验一：工程的建立实验一：工程的建立-使用BSB向导 在Windows操作系统下，选择所有
8、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。北京中教仪装备技术有限公司北京中教仪装备技术有限公司实验一：工程的建立实验一：工程的建立-使用BSB向导创建新的工程创建新的工程,选择该选项选择该选项打开已经存在的工程打开已经存在的工程,选择该选项选择该选项点击点击”Open”按纽按纽北京中教仪装备技术有限公司北京中教仪装备
9、技术有限公司实验一：工程的建立实验一：工程的建立-使用BSB向导选择System.xmp文件点击点击”Open”按纽按纽北京中教仪装备技术有限公司北京中教仪装备技术有限公司实验一：工程的建立实验一：工程的建立-使用BSB向导选择创建一个新的设计选择创建一个新的设计点击点击”Next”按纽按纽, 进入下一个界面进入下一个界面北京中教仪装备技术有限公司北京中教仪装备技术有限公司实验一：工程的建立实验一：工程的建立-使用BSB向导 板子的供应厂商选择板子的供应厂商选择Digilent板子的名字选择板子的名字选择Spartan-6 Nexys3板子的版本选择板子的版本选择 C这些信息来自XBD文件点击
10、点击”Next”按纽按纽, 进入下一个界面进入下一个界面北京中教仪装备技术有限公司北京中教仪装备技术有限公司实验一：工程的建立实验一：工程的建立-使用BSB向导给出了AXI系统的结构图北京中教仪装备技术有限公司北京中教仪装备技术有限公司实验一：工程的建立实验一：工程的建立-使用BSB向导点击点击”Next”按纽按纽, 进入下一个界面进入下一个界面北京中教仪装备技术有限公司北京中教仪装备技术有限公司实验一：工程的建立实验一：工程的建立-使用BSB向导开发板上给出的时钟频率开发板上给出的时钟频率:100MHzCPU的时钟频率的时钟频率:100MHz使用使用FPGA内内BRAM的大小的大小:32KB
11、点击点击”Next”按纽按纽, 进入下一个界面进入下一个界面北京中教仪装备技术有限公司北京中教仪装备技术有限公司实验一：工程的建立实验一：工程的建立-使用BSB向导选中这三项选中这三项,然后点击然后点击”Remove”,所构建的最小系统不包括以太网控制器,LED灯,SPI Flash点击点击”Next”按纽按纽, 进入下一个界面进入下一个界面北京中教仪装备技术有限公司北京中教仪装备技术有限公司实验一：工程的建立实验一：工程的建立-使用BSB向导在该设计中没有在该设计中没有使用高速缓存使用高速缓存点击点击”Next”按纽按纽, 进入下一个界面进入下一个界面北京中教仪装备技术有限公司北京中教仪装备
12、技术有限公司实验一：工程的建立实验一：工程的建立-使用BSB向导已经给每个外设控制器已经给每个外设控制器分配了基地址和高地址分配了基地址和高地址每个每个IP的例化名字的例化名字工程中所包含的文件工程中所包含的文件点击点击”Finish”按纽按纽, 进入下一个界面进入下一个界面北京中教仪装备技术有限公司北京中教仪装备技术有限公司实验一：工程的建立实验一：工程的建立-使用BSB向导所用所用IP核及资源核及资源debug_module与与AXI_LITE接接口连接；口连接；dlmb_cntrl与与dlmb总线连接；总线连接；RS232_PORT与与AXI_LITE总总线连接线连接；LMB控制器总线标
13、签北京中教仪装备技术有限公司北京中教仪装备技术有限公司实验一：工程的建立实验一：工程的建立-使用BSB向导 1）RS232_PORT的的TX与网络与网络RS232_Uart_1_sout连接；连接； 2）RS232_PORT的的RX与网络与网络RS232_uart1_sin连接；连接；S_AXI的端口连接的端口连接端口标签北京中教仪装备技术有限公司北京中教仪装备技术有限公司实验一：工程的建立实验一：工程的建立 -新建工程的新建工程的结结构分析构分析地址标签基地址高地址大小地址北京中教仪装备技术有限公司北京中教仪装备技术有限公司实验一：工程的建立实验一：工程的建立-新建工程的新建工程的结结构分析
14、构分析点击块图标签查看生成的块图处理器处理器LMB控制器控制器LMB控制器控制器BRAM北京中教仪装备技术有限公司北京中教仪装备技术有限公司实验一：工程的建立实验一：工程的建立-新建工程的新建工程的结结构分析构分析DIP控制器控制器串口控制器串口控制器按键控制器按键控制器北京中教仪装备技术有限公司北京中教仪装备技术有限公司实验一：工程的建立实验一：工程的建立 -新建工程的新建工程的结结构分析构分析 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。M
15、HS文件是表示所设计的嵌入式系统的硬件元件的最主要文件。MHS文件以ASCII码形式存在。北京中教仪装备技术有限公司北京中教仪装备技术有限公司实验一：工程的建立实验一：工程的建立 -新建工程的新建工程的结结构分析构分析端口说明端口说明IP说明说明北京中教仪装备技术有限公司北京中教仪装备技术有限公司实验一：工程的建立实验一：工程的建立 -新建工程的新建工程的结结构分析构分析想想这步完成的工作想想这步完成的工作? 其实就是其实就是 把这个抽象的结构把这个抽象的结构,转换成门级网表的连接转换成门级网表的连接.下一步下一步,选择这个选择这个, 产生网表产生网表北京中教仪装备技术有限公司北京中教仪装备技
16、术有限公司实验一：工程的建立实验一：工程的建立-新建工程的新建工程的结结构分析构分析 这个过程需要持续一小部分时间这个过程需要持续一小部分时间,请等待请等待,并且看并且看看控制台给出的综合信息看控制台给出的综合信息.北京中教仪装备技术有限公司北京中教仪装备技术有限公司实验一：工程的建立实验一：工程的建立-新建工程的新建工程的结结构分析构分析下一步下一步,选择这个选择这个, 产生布局布线比特流文件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这个过程需要持续一小部分时间,请等待请等待,并且看看并且看看控制台给出的实现过程的信息控制台给出的实现过程的信息.北京中教仪装备技术有限公司北京中教仪
17、装备技术有限公司实验一：工程的建立实验一：工程的建立-新建工程的新建工程的结结构分析构分析 怀着好奇的心情着好奇的心情,看看在看看在FPGA芯片内部是怎么芯片内部是怎么实现这个个结构的构的?下面教你下面教你查看看FPGA内布局的内布局的图.双击双击”FPGA Editor”北京中教仪装备技术有限公司北京中教仪装备技术有限公司找到这个文件找到这个文件点击OK,打开文件实验一：工程的建立实验一：工程的建立-新建工程的结构分析新建工程的结构分析北京中教仪装备技术有限公司北京中教仪装备技术有限公司实验一：工程的建立实验一：工程的建立-新建工程的结构分析新建工程的结构分析 终于知道了,原来FPGA内的可
18、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”的本质所在蓝色区域表示被使用的CLB过瘾后过瘾后,关闭这个工具关闭这个工具北京中教仪装备技术有限公司北京中教仪装备技术有限公司实验一：工程的建立实验一：工程的建立-建立软件应用程序建立软件应用程序选择输出硬件到SDK北京中教仪装备技术有限公司北京中教仪装备技术有限公司实验一：工程的建立实验一：工程的建立-建立软件应用程序建立软件应用程序选择输出和打开SDK软件北京中教仪装备技术有限公司北京中教仪装备技术有限公司实验一：工程的建立实验一：工程的建立-建立软件应用程序建立软件应用程序定位路径到当前的工程窗口点击点击
19、”OK按纽按纽, 进入下一个界面进入下一个界面北京中教仪装备技术有限公司北京中教仪装备技术有限公司实验一：工程的建立实验一：工程的建立-建立软件应用程序建立软件应用程序硬件设计文件硬件设计文件被导入到被导入到SDK下面将添加设计的下面将添加设计的BSP北京中教仪装备技术有限公司北京中教仪装备技术有限公司实验一：工程的建立实验一：工程的建立-建立软件应用程序建立软件应用程序选择建立建立Xilinx BSP, 作用是各作用是各种外种外设的的软件件驱动北京中教仪装备技术有限公司北京中教仪装备技术有限公司实验一：工程的建立实验一：工程的建立-建立软件应用程序建立软件应用程序BSP的工程名字的工程名字硬
20、件平台的工程名字硬件平台的工程名字BSP的名字的名字1)Xilkernel-Xilinx操作系统操作系统2)Standalone-BSP点击点击”Finish”按纽按纽, 进入下一个界面进入下一个界面北京中教仪装备技术有限公司北京中教仪装备技术有限公司实验一：工程的建立实验一：工程的建立-建立软件应用程序建立软件应用程序点击点击”OK”按纽按纽, 进入下一个界面进入下一个界面北京中教仪装备技术有限公司北京中教仪装备技术有限公司实验一：工程的建立实验一：工程的建立-建立软件应用程序建立软件应用程序SDK开始自开始自动编译动编译BSP北京中教仪装备技术有限公司北京中教仪装备技术有限公司实验一：工程
21、的建立实验一：工程的建立-建立软件应用程序建立软件应用程序BSP的各种文件的各种文件下面将添加SDK自动生成的应用程序北京中教仪装备技术有限公司北京中教仪装备技术有限公司实验一：工程的建立实验一：工程的建立-建立软件应用程序建立软件应用程序生成新的生成新的C工程工程北京中教仪装备技术有限公司北京中教仪装备技术有限公司实验一：工程的建立实验一：工程的建立-建立软件应用程序建立软件应用程序工程名字工程名字选择生成外设测试应用程序选择生成外设测试应用程序北京中教仪装备技术有限公司北京中教仪装备技术有限公司实验一：工程的建立实验一：工程的建立-建立软件应用程序建立软件应用程序点击点击”Next”按纽按
22、纽, 进入下一个界面进入下一个界面北京中教仪装备技术有限公司北京中教仪装备技术有限公司实验一：工程的建立实验一：工程的建立-建立软件应用程序建立软件应用程序选择该选项选择该选项,使用已经存在的使用已经存在的BSP点击点击”Finish”按纽按纽, 进入下一个界面进入下一个界面北京中教仪装备技术有限公司北京中教仪装备技术有限公司实验一：工程的建立实验一：工程的建立-建立软件应用程序建立软件应用程序应用程序的各种文件应用程序的各种文件打开并分析该文件打开并分析该文件北京中教仪装备技术有限公司北京中教仪装备技术有限公司实验一：工程的建立实验一：工程的建立-建立软件应用程序建立软件应用程序开关开关输入
23、入测试代代码部分部分北京中教仪装备技术有限公司北京中教仪装备技术有限公司实验一：工程的建立实验一：工程的建立-建立软件应用程序建立软件应用程序按键输入测试代码部分按键输入测试代码部分下面准备下载设计到芯片中下面准备下载设计到芯片中北京中教仪装备技术有限公司北京中教仪装备技术有限公司实验一：工程的建立实验一：工程的建立-生成链接脚本文件生成链接脚本文件选择产生链接脚本文件选择产生链接脚本文件北京中教仪装备技术有限公司北京中教仪装备技术有限公司实验一：工程的建立实验一：工程的建立-生成链接脚本文件生成链接脚本文件程序各段的分配情况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点击点击”
24、Browse”按纽按纽北京中教仪装备技术有限公司北京中教仪装备技术有限公司实验一：工程的建立实验一：工程的建立-工程的下载工程的下载 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。北京中教仪装备技术有限公司北京中教仪装备技术有限公司实验一：工程的建立实
25、验一：工程的建立-工程的下载工程的下载选择编程程 FPGA选项北京中教仪装备技术有限公司北京中教仪装备技术有限公司实验一：工程的建立实验一：工程的建立-工程的下载工程的下载比特流文件比特流文件块块RAM映射文件映射文件选择软件应用程序选择软件应用程序.elf文件文件(即最终编译即最终编译连接后的文件连接后的文件点击点击”Program”按纽按纽, 进入进入下一个界面下一个界面北京中教仪装备技术有限公司北京中教仪装备技术有限公司实验一：工程的建立实验一：工程的建立-工程的下载工程的下载 等待等待编程成功程成功,在超在超级终端上端上观察察结果果,同同时在在Nexys3板板卡上操作按卡上操作按键和和DIP开关开关,观察打印信息的察打印信息的变化化. 注意注意:如果前面没有如果前面没有选择生成生成链接脚本文件接脚本文件,则需要需要选择RUN-RUN,来运行程序来运行程序. 关关闭SDK软件件.
