ZYNQ_PS读写PL资源_base_on_pynqZ2

• 前言
• AXI总线寄存器模块
• 硬件连接
• 软件设计
• 总结

前言

最近比较系统的学习了zynq，内容还是很多的，不过它的架构我还是很熟悉的，所以一些嵌入式知识很快就过了，我的时间主要花在AXI总线和操作系统；
1、AXI总线：
由于Xilinx是将双核ARM与7系列FPGA集成于一块硅片构成SoC，所以比较重要的一个模块就是硬核处理器（PS）与可编程逻辑（PL）之间的通信，传统的有SPI总线、IFC总线的方式，zynq使用的是ARM和Xilinx共同制定的总线协议AMBA AXI4（Advanced Microcontroller Bus Architec），根据使用场景不同它有三种标准Lite、Stream、Full，Full即总线结构最完整的AXI4，4代表第4代，所以要是想和之前第三代总线模块互联的话，之间必须添加总线转换IP，它的总线结构和时序需要好好看看，《Xilinx AP Z-7000 SoC 设计指南》中有很详细介绍，其中有一段关于交易通道握手信号关系很重要：


2、操作系统：
这里的操作系统主要是指嵌入式linux，需要掌握peta-linux、uboot、内核、设备树、文件系统等，好多，不过幸运的是，在导入硬件文件后Vivado SDK会自动生成一些库，如头文件和BSP，最大的意义在于完成了硬件资源的映射，软件可以通过对地址的调用完成对硬件的操作。

AXI总线寄存器模块

在Tools中选择生成AXI总线接口的模块（IP），然后需求是PS可以读写32个位宽为32的寄存器，所以我选择的深度是32，其实打开代码就会发现，代码中的示例逻辑本身就是一个寄存器模块，PS和PL都可以对这32个寄存器读写操作，它们的W/R属性也是可以修改的

//读操作
assign slv_reg_rden = axi_arready & S_AXI_ARVALID & ~axi_rvalid;
	always @(*)
	begin
	      // Address decoding for reading registers
	      case ( axi_araddr[ADDR_LSB+OPT_MEM_ADDR_BITS:ADDR_LSB] )
	        5'h00   : reg_data_out <= slv_reg0;
	        5'h01   : reg_data_out <= slv_reg1;
	        5'h02   : reg_data_out <= slv_reg2;
	        5'h03   : reg_data_out <= slv_reg3;
	        5'h04   : reg_data_out <= slv_reg4;
	        5'h05   : reg_data_out <= slv_reg5;
	        5'h06   : reg_data_out <= slv_reg6;
	        5'h07   : reg_data_out <= slv_reg7;
	        5'h08   : reg_data_out <= slv_reg8;
	        5'h09   : reg_data_out <= slv_reg9;
	        5'h0A   : reg_data_out <= slv_reg10;
	        5'h0B   : reg_data_out <= slv_reg11;
	        5'h0C   : reg_data_out <= slv_reg12;
	        5'h0D   : reg_data_out <= slv_reg13;
	        5'h0E   : reg_data_out <= slv_reg14;
	        5'h0F   : reg_data_out <= slv_reg15;
	        5'h10   : reg_data_out <= slv_reg16;
	        5'h11   : reg_data_out <= slv_reg17;
	        5'h12   : reg_data_out <= slv_reg18;
	        5'h13   : reg_data_out <= slv_reg19;
	        5'h14   : reg_data_out <= slv_reg20;
	        5'h15   : reg_data_out <= slv_reg21;
	        5'h16   : reg_data_out <= slv_reg22;
	        5'h17   : reg_data_out <= slv_reg23;
	        5'h18   : reg_data_out <= slv_reg24;
	        5'h19   : reg_data_out <= slv_reg25;
	        5'h1A   : reg_data_out <= slv_reg26;
	        5'h1B   : reg_data_out <= slv_reg27;
	        5'h1C   : reg_data_out <= slv_reg28;
	        5'h1D   : reg_data_out <= slv_reg29;
	        5'h1E   : reg_data_out <= slv_reg30;
	        5'h1F   : reg_data_out <= slv_reg31;
	        default : reg_data_out <= 0;
	      endcase
	end

//写操作片段
 if (slv_reg_wren)
	      begin
	        case ( axi_awaddr[ADDR_LSB+OPT_MEM_ADDR_BITS:ADDR_LSB] )
	          5'h00:
	            for ( byte_index = 0; byte_index <= (C_S_AXI_DATA_WIDTH/8)-1; byte_index = byte_index+1 )
	              if ( S_AXI_WSTRB[byte_index] == 1 ) begin
	                // Respective byte enables are asserted as per write strobes 
	                // Slave register 0
	                slv_reg0[(byte_index*8) +: 8] <= S_AXI_WDATA[(byte_index*8) +: 8];
	              end  
	          5'h01:
	            for ( byte_index = 0; byte_index <= (C_S_AXI_DATA_WIDTH/8)-1; byte_index = byte_index+1 )
	              if ( S_AXI_WSTRB[byte_index] == 1 ) begin
	                // Respective byte enables are asserted as per write strobes 
	                // Slave register 1
	                slv_reg1[(byte_index*8) +: 8] <= S_AXI_WDATA[(byte_index*8) +: 8];
	              end  
	          5'h02:
	            for ( byte_index = 0; byte_index <= (C_S_AXI_DATA_WIDTH/8)-1; byte_index = byte_index+1 )
	              if ( S_AXI_WSTRB[byte_index] == 1 ) begin
	                // Respective byte enables are asserted as per write strobes 
	                // Slave register 2
	                slv_reg2[(byte_index*8) +: 8] <= S_AXI_WDATA[(byte_index*8) +: 8];
	              end  
	          5'h03:
	            for ( byte_index = 0; byte_index <= (C_S_AXI_DATA_WIDTH/8)-1; byte_index = byte_index+1 )
	              if ( S_AXI_WSTRB[byte_index] == 1 ) begin
	                // Respective byte enables are asserted as per write strobes 
	                // Slave register 3
	                slv_reg3[(byte_index*8) +: 8] <= S_AXI_WDATA[(byte_index*8) +: 8];
	              end  

硬件连接

把Zynq PS和上述生成的寄存器IP PL连接起来，其实很简单，两次自动连线就可以了，这里需要强调的是，需要检查DDR的配置、MIO的配置和PL时钟，由于需要串口打印，所以将串口和PS连接起来，具体管脚需要看原理图，可以看到是14 15，点击与之对应的UART0就可以了。



然后是将原理图设计转换成代码，再完成综合、实现和最终的bit文件，烧录进pynq Z2，硬件方面的设计就结束了。

软件设计

在File菜单先Export Hardware，然后 Launch SDK，就进入Xilinx软件开发环境，可以在Hello World模板上直接操作。
源码来源于米联客的教程，我根据自己的工程有改动：

#include <stdio.h>
#include "platform.h"
#include "xil_printf.h"
#include "xil_io.h"			//Xil_In32 Xil_Out32函数的头文件
#include "xparameters.h"	//硬件映射的地址信息，XPAR_MYIP_REGS_0_S00_AXI_BASEADDR 即PL IP核中寄存器的起始偏移地址

int main()
{
    init_platform();
    print("Hello World\n\r");


    int num;
    int rev;

    xil_printf("------The test is start...------\n\r");


    for( num=0; num<32; num++ )//写入

        {
			xil_printf("%x",num);
			Xil_Out32(XPAR_MYIP_REGS_0_S00_AXI_BASEADDR + num*4, 0x10000000+num);     //
        }



    for( num=0; num<32; num++ )//读出

        {

			rev = Xil_In32(XPAR_MYIP_REGS_0_S00_AXI_BASEADDR + num*4);
			xil_printf( "The data at %x is %x \n\r",XPAR_MYIP_REGS_0_S00_AXI_BASEADDR + num*4,rev);

        }

    xil_printf("------The test is end!------\n\r");

    int test;
    test = Xil_In32( XPAR_MYIP_REGS_0_S00_AXI_BASEADDR + 4);
    xil_printf("%x",test);

    //cleanup_platform();
    return 0;
}

总结

调试时遇到一个错误，现象是PL能正常烧录，PS能正常编译但是不能下载RUN，反复一直报错：

AP transaction error, DAP status f0000021

我在网上查找了一下，其他不同厂商的开发板也有遇到类似问题，大致原因是软件通过jtag找不到ARM处理器，我联系了开发板的FAE，他给的解释是可能供电电压不稳，换一种供电方式，但是我并没有适配器，但是我看到开发板上ARM的指示灯（DONE）是亮起的，于是重启了电脑和开发板后就恢复正常了，我觉得这很可能是硬件上的缺陷，也有可能是我笔记本USB接口电压不稳？希望能给有同样遭遇的同学一个思路。