01Vitis Soc开发入门

1.1概述

本实验是我们开始XILINX ZYNQ SOC的第一个入门demo。

实验目的：

1:掌握基于vitis-vivado创建SOC工程

2:掌握基于图形化Block Design的设计方法

3:掌握ZYNQ IP核的调用

4:掌握ZYNQ IP核的参数配置方法

5:掌握生成一个基于ZYNQ IP核的最小系统方法

6:导出硬件参数xsa文件

7:使用vitis-sdk创建sdk base工程

8:使用vitis-sdk创建自带sdk helloworld APP工程

10:使用vitis-sdk创建以太网测试程序

1.2系统框图

本方案构建基于ZYNQ IP核的最小系统，包含了PS DDR、FLASH、EMMC、TF-Card、Uart、USB、ETH以太网

1.3搭建SOC系统工程

Vitis-vivado和其他版本的vivado使用方法基本一致，只有最后导出的xsa文件是vitis才有的文件格式。对于初学者，请认真学习以下每一个步骤。

1.3.1创建soc_prj工程
1:创建工程路径

米联客新版本资料里面SOC工程一级目录一般包含3个文件夹，用于管理各类文件：

soc_hw:文件夹放system.xsa文件

soc_prj:文件夹放FPGA工程

soc_sdk:文件夹放SDK相关的开发文件

2:启动vivado


3:创建soc硬件工程

由于已经创建好了路径，所以不需要让软件再次创建以工程命名的路径

这一步选择芯片型号，一定要选择和自己开发板相匹配的型号（本实验使用的开发平台是米联客7x对应的芯片型号为xc7z020clg400-2）

1.3.2创建BD图形化模块

1:创建空的BD

米联客的BD统一命名为system

单击“+”号,双击ZYNQ7 Processing System

2:配置ZYNQ IP的参数

双击IP对IP的各个功能参数进行配置，这个配置必须参考硬件原理图完成，所以FPGA或者SOC工程师必须具备一定的硬件分析能力，可以阅读原理图，实现对硬件资料在软件上的定义分配。

这里我们使用已经提供的配置文件对参数进行位置。

在本demo配套工程的uisrc/06/doc路径下，提供了配置参数

等待配置完成即可

1.3.3ZYNQ IP的配置参数

  以上通过已经提供的配置参数，快速完成了IP的基本配置。这个过程在后续的demo中不再重复，后续demo会对用到的资源说明分析，或对IP部分功能重新配置。以下我们针对主要的外设资源对IP的配置说明。

1:MIO的BANK电压

MZ7020核心板的MIO BANK0对应核心板硬件原理图上的BANK500设置3.3V, MIO BANK1对应核心板硬件原理图上的BANK501设置1.8V

2:MIO接口功能定义

2-1:QSPI-FLASH接口

2-2:PS以太网接口

2-3:USB接口

2-4:SDIO0-SD卡

2-5:SDIO1-EMMC

2-6:串口1

2-7:剩余IO和以太网复位IO

2-8:DDR配置

2-9:时钟配置

相关PL的设置本demo没有用到，后面相关demo用到的时候再进行配置

1.3.4ZYNQ IP的配置参数保存

对于配置好的参数可以保存下来，方便后面新建工程使用，减少重复步骤

1.3.5自动连线

完成配置后，可以自动连线，让软件自动引出接口

这里需要注意：VIVADO的自动化连线可以完成一些简单的信号连线设计，前提是开发者必须知道原理，否则自动连线可能会导致错误。

1.3.6检验BD工程

通过Validate Design可以快速初步排查BD工程是否有错误

1.3.7地址空间分配

由于没有使用任何PL资源，本demo中不需要分配地址

1.3.8编译并导出平台文件

1:单击Block文件à右键àGenerate the Output ProductsàGlobalàGenerate。

2:单击Block文件à右键à Create a HDL wrapper(生成HDL顶层文件)àLet vivado manager wrapper and auto-update(自动更新)。

右击system.bd创建Create HDL Wrapper

该文件就是一个FPGA Verilog文件。而BD图形化工程，VIVADO把BD封装成了一个模块。顶层的verilog文件通过模块接口就可以调用BD图形代码了。

3:添加fpga_pin.xdc文件

该文件主要是对bit设置压缩，减少bit的大小

这个文件用户可以自己创建，也可以选择uisrc/04_pin路径下已经提供的fpga_pin.xdc文件

4:生成Bit文件。

单击Cancel

5:导出到硬件: FileàExport HardwareàInclude bitstream

6:导出完成后，对应工程路径的soc_hw路径下有硬件平台文件：system_wrapper.xsa的文件。根据硬件平台文件system_wrapper.xsa来创建需要Platform平台。

1.4搭建Vitis-sdk工程

创建soc_base sdk platform和APP工程。

1.4.1创建SDK Platform工程

启动Vitis-Sdk

设置好路径

米联客资料中的路径规范如下图：

soc_prj里面是基于SOC的硬件工程源码

soc_hw里面是xsa格式文件，soc_prj编译会导出system_wrapper.xsa到这个文件

soc_sdk里面是裸机的sdk工程，sdk工程创建依赖soc_hw中的system_wrapper.xsa

单击Create Platform Project 创建基于开发平台的工程

添加之前创建的system_wrapper.xsa文件

创建完成后

LWIP库的修改：

1：ZU系以及米联客7x开发板列网口芯片是工业级RTL8211FDI（商业级为RTL8211FD），由于默认的驱动不支持,需要手动自己修改库文件。我们这里已经提供了修改好的库，解压到vivado的安装路径下的对于路径下：

修改好后，需要关闭vitis-sdk然后重新打开sdk，否则无法识别修改的库

2：为了创建lwip工程需要先对zu_base中的board support package简称bsp设置lwip库的支持

3：对lwip库参数修改以达到最佳性能。

本例程使用 RAW API，即函数调用不依赖操作系统。传输效率也比 SOCKET API 高，(具体可参考 xapp1026)。 将 use_axieth_on_zynq 和 use_emaclite_on_zynq 设为 0。如下图所示。

修改 lwip_memory_options 设置，将 mem_size，memp_n_pbuf，mem_n_tcp_pcb，memp_n_tcp_seg 这 4 个参数 值设大，这样会提高 TCP 传输效率。如下图所示。

修改 pbuf_options 设置，将 pbuf_pool_size 设大，增加可用的 pbuf 数量，这样同样会提高 TCP 传输效率。如下 图所示。

修改 tcp_options 设置，将 tcp_snd_buf，tcp_wnd 参数设大，这样同样会提高 TCP 传输效率。如下图所示。

修改 temac_adapter_options 设置，将 n_rx_descriptors 和 n_tx_descriptors 参数设大。这样可以提高 zynq 内部 emac dma 的数据迁移效率，同样能提高 TCP 传输效率。如下图所示。

最后，右击soc_base完成编译

1.4.2创建hello_world APP工程

可以看到，工程模板包括：

1-空的C或者C++工程

2-Hello World测试工程

3-lwip echo Server工程

4-lwip TCP Perf Client TCP 性能测试

等等….

我们开发的SDK应用方案大多都基于XILINX SDK模板来实现，本方案通过模板创建要给HelloWorld工程

第一种编译方法，右击编译只产生elf文件

第二种编译方法，右击编译可以产生elf文件，和BOOT.BIN文件，但是时间较长一些

1.4.3以太网测试1:创建lwip echo APP工程

用同样的方法创建lwip_echo_server

2:创建lwip_tcp_perf_client APP工程

1.5程序分析

hello_word APP就是简单通过串口输出一些字符信息，本文重点演示软件使用方法，程序代码不做分析，后面SDK高级篇到以太网部分，用到相关功能再分析代码。

1.6方案演示
1.6.1硬件准备

       本实验需要用到JTAG下载器、USB转串口外设，另外需要把核心板上的模式开关设置到JTAG模式，即ON ON ON(注意新版本的米联客F3P，支持JTAG模式，对于老版本的核心板，JTAG调试的时候一定要拔掉TF卡，并且设置模式开关为OFF OFF)

1.6.2hello_world实验结果

为了观察实现结果，需要打开串口

如果不清楚串口号的，可以查看下设备管理器,如果发现没装串口驱动的安装上驱动

选中hello_world APP并且右击，然后单击Debug As->Debug Configuration

双击Single Application Debug，之后选Debug

程序运行停在debug入口，单击 运行

输出打印结果

1.6.3以太网测试1:lwip_echo_server APP实验结果

给开发板通电，连接网口， 并且根据以下步骤，设置电脑端IP地址

调试程序

打开网络调试助手，并且设置如下

单击发送数据

2:lwip_tcp_perf_server APP实验结果

给开发板通电，连接网口， 并且根据以下步骤，设置电脑端IP地址

打开网络调试助手,设置接收数据不显示，否则速度太快会卡死

调试程序