Lemon ZYNQ 资料汇总（整理中）

包含Lemon Zynq 开发板的原理图，尺寸图，注意事项，及开发相关的一些资料。

Lemon ZYNQ主板可以不移植直接使用PYNQ官方的最新镜像

一、主板资源

• 主芯片：ZYNQ XC7Z020-CLG400
• 主板层数：8层（沉金工艺）
• DDR内存 : 256M x 16bit （512MB)
• FLASH : 128Mbits （16MB）（接PS端用于系统启动）
• TF插槽：microSD 插槽 （TF卡插槽，可用于系统启动）
• 时钟 : PS端：50M有源晶振 , PL端：125M有源晶振
• 网络： 一路千兆以太网（PS端）RTL8211F
• HDMI：一路HDMI接收端（输入），一路HDMI 源端口（输出）
• JTAG: 板子集成了 xilinx jtag 下载器部分功能(板载)
• USB: 板子自带USB2.0 PHY，可作USB HOST，或USB SLAVE
• 串口: 带一路USB-UART，连接至PS端（和JTAG下载器共用一个TYPE C口）
• 音频输入： 带 PDM 接口的麦克风（板载）
• 音频输出： PWM 驱动的双声道音频输出，带 3.5 毫米音频接插件
• 按键：4个按键（可编程） + 1个POR硬件复位按键
• LED：4个LED（绿色） + 2个RGB LED（彩色）
• 拨码开关：双路拨码开关（可编程） + 双路拨码开关（负责启动方式选择）
• 模拟IO： 6个单端（0-3.3V）模拟输入至芯片XADC，一路差分模拟输入（0-1.0V）至XADC
• 逻辑IO： 总共引出68个FPGA_IO,其中有32对（共64个IO）是以差分方式引出（差分线内等做了等长处理），有两个IO可作为I2C使用（带2.2K上拉电阻）
• 电源：主板可以通过TYPE C口（JTAG或 USB SLAVE）进行供电，或者用转接板通过排针给主板的VCC脚供上5V电源
  

硬件框图如下：

二、主板原理图，尺寸图等

Lemon 主板原理图如下 （最新更新 2024年9月22日）

尺寸图如下：

三、如需运行PYNQ镜像的注意事项

PYNQ（7020） 市面上总共有两款，PYNQ-Z1,和PYNQ-Z2。大家可能觉得Z2是Z1的升级版，其实并不是的，两款PYNQ其实不是同一个厂家出的，PYNQ-Z1出自Digilent ， 而PYNQ-Z2是Tui公司出的。两者在硬件上非常相似，仅在IO接口和音频方案上有所区别，在硬件上两者没有谁更好的区别，不过就软件层面来说很多大家熟知的FPGA 的IP都是出自digilent家的。

主板在硬件上与PYNQ-Z1靠齐，可以不移植直接使用PYNQ官方镜像。 但是主板在设计上也做了变更，详细变更如下：

1. PL部分的时钟变更： 因PYNQ的时钟是使用网络芯片的CLK_OUT输出的125M时钟，这样做的好处是在物料上可以更加节省成本，但是经反复测试以及网上PYNQ的反馈来看，这种方式产生的125M在网络PHY芯片RJ45端没有插入网线的时候，125M并不稳定。 所以我们的主板Lemon ZYNQ在设计上单独增加了一颗125M 的有源晶振。
2. 网络芯片变更： 网络芯片采用RTL8211F，变更成RTL8211F的原因是因为PYNQ-Z2与PYNQ-Z1（早期版本< F.0）所使用的RTL8211E传闻快要停产了（RTL8211E现有库存也一直在涨价），所以这里采用更新的RTL8211F来作为网络芯片使用。 值得注意的是Digilent 最新版本的PYNQ-Z1也同样变更成RTL8211F了对应PYNQ-Z1(F.0)版本。 但是Tui公司的PYNQ-Z2到目前为止仍然使用RTL8211E芯片，这里的区别大家注意一下（当不运行操作系统，裸奔写网络部分代码的时候寄存器配置有部分是不同的，这里后续会介绍到）。
3. 关于音频： 音频的设计上Lemon ZYNQ 参考的是PYNQ-Z1的输入 MIC+输出PWM方式，但是PYNQ-Z1的音频PWM输出是单声道的， 这里Lemon Zynq改成了双声道（多出来的声道占用了PYNQ-Z1 音频SD脚，即Lemon ZYNQ的音频输出是没有物理静音引脚的，不影响使用，但是在PYNQ镜像上仍然默认输出单声道，大家可自行尝试修改成双声道）。(备注：因为没有SD控制信号，以及PYNQ系统在没有音频输出的时候音频PWM部分引脚输出是悬空的，就直接导致PYNQ系统在音频闲置状态下，音频输出接口能听到板子运行的轻微电流音，这个是正常的，只需要在音频闲置过程中人为将音频输出保持高电平或者低电平状态电流音就会消失)
4. USB 芯片： USB芯片采用的是USB3320C芯片， 而PYNQ-Z1与 PYNQ-Z2采用的是TI的TUSB1210BRHBx 芯片。 这里并不同，不影响使用。 并且Lemon ZYNQ 设计上额外增加支持USB-SLAVE模式。
5. FLASH芯片：同网络芯片变更的原因相同，这里FLASH 芯片也进行了更换使用了W25Q128JVSIQTR，与PYNQ-Z1（早期版本< F.0）和PYNQ-Z2版本所使用的FLASH 型号S25FL128SAGMFI00不同，但是和PYNQ-Z1(F.0)所使用的W25Q128JVSxM 属同个系列。(系统MAC地址是包含在FLASH安全寄存器中，需要使用读取安全寄存器 (48h) 命令从地址范围 [001000h;001005h] 中读取。传输字节顺序中的第一个字节位于最低地址，这部分会在后面提及)
6. 其他引出IO上略有不同，该部分的详情请根据自己实际的应用参考原理图部分(根据实际项目调整XDC即可)。

获取PYNQ映像文件（请选择PYNQ-Z1的映像文件）可参阅www.pynq.io 将映像文件下载并刷入 TF 卡，之后将TF卡插入Lemon ZYNQ主板的卡槽内，并将拨码方式设置为SD卡启动，之后再进行上电操作（已经上电的，可以在变更拨码开关后，按下主板上的POR硬件复位按键来进行重新启动）。

四、使用注意事项

1. Lemon ZYNQ板子上的USB SLAVE 和 USB HOST 是共用ZYNQ的USB资源的，所以同一时间只能使用一种功能（USB HOST 和USB SLAVE 不可同时外接设备，另当USB 功能作为HOST使用时如需要用USB SLAVE口为板子进行供电请接USB适配器而不是接电脑）。
2. 板子上的两个TYPE C接口都可为板子进行供电，板子排针上的VCC口也可以外接5V 为板子进行供电，USB和排针外接供电互不冲突（USB有二极管作电源防倒流保护），另外备注：部分台式机前面的USB口线损较大，如用台式机的USB供电出现不稳定的情况，请尝试连接台式机背后的USB口。
3. 部分笔记本和电脑的USB口输出电流限制在5V 500ma，这对于主板的运行已经足够了， 但如果主板需要外接模块，或者USB口外接功率较大的USB设备导致工作不稳定时，可以通过排针或者外接转接板单独为板子提供5V电源（排针的VCC脚）。另外外接USB设备或者模块时，建议先在断电情况下接好设备或模块，再对主板进行上电。
4. 排针上的VCC口可作为电源输入，也可作为电源输出。作为输入时：可外接5V电源（即通过转接板，或者底板为板子供电，如用杜邦线供电效果会差一些）。作为输出时：（没有外接5V电源，仅通过USB供电时）可以输出4.5-4.7V的电压（即主板为转接板供电）。
5. 板子上的 POR RST 是整个硬件的复位按钮 （优先级高于任何程序，只要此按键按下整个系统将根据BOOT启动方式重新启动）。

基于 Lemon ZYNQ 的PYNQ 开发 (Lemon ZYNQ可运行PYNQ官方镜像)

• 基于Lemon ZYNQ的PYNQ上手笔记 章节一 准备工作之PYNQ系统镜像的烧录
• 基于Lemon ZYNQ的PYNQ上手笔记 章节二 PYNQ系统的启动及网络的配置
• 基于Lemon ZYNQ的PYNQ上手笔记 章节三 通过Samba服务实现文件的共享传输
• 基于Lemon ZYNQ的PYNQ上手笔记 章节四 通过 ssh 远程登录pynq系统

关于主板

• Lemon Zynq 亚克力保护板图纸
• 关于7020芯片磨码的说明（首批采用XA7Z020车规级芯片 未磨码）
• ADB_ZD02-正点原子模块转接板（可连接摄像头及AD、DA等模块）附gerber文件可以直接打板

基于Lemon ZYNQ的FPGA实验

• 当遇到ZYNQ ，SDK debug失败报错的解决方法
• ZYNQ板PL部分程序添加复位信号的几种办法
• Vivado 2018.3 下载及安装
• Verilog 快速上手笔记
• Vivado 2019.2 以上带 vitis 版本的简单教程演示 （本文大多数例子都是基于2018.3创建的，所以本章节选看）

• 基于Lemon ZYNQ的FPGA实验一 用ZYNQ的PL资源点亮一个LED（完整图文）
• 基于Lemon ZYNQ的FPGA实验二  用ZYNQ的PL(FPGA)设计流水灯
• 基于Lemon ZYNQ的FPGA实验三 PL部分按键功能演示（IO输入功能）
• 基于Lemon ZYNQ的FPGA实验四 Vivado自带的仿真功能演示
• 基于Lemon ZYNQ的FPGA实验五 FPGA 硬件调试ILA功能的演示
• 基于Lemon ZYNQ的FPGA实验六 FPGA的VIO在线调试功能测试
• 基于Lemon ZYNQ的FPGA实验七 FPGA资源的PWM演示 
• 基于Lemon ZYNQ的FPGA实验八  FPGA片内资源MMCM/PLL 时钟模块的测试
• 基于Lemon ZYNQ的FPGA实验九  FPGA片内资源 BLOCK RAM IP核的使用
• 基于Lemon ZYNQ 的FPGA实验十 在PL端调用片内XADC资源来读取 ADC对应管脚的电平电压
• 基于Lemon ZYNQ 的FPGA实验十二  基于ZYNQ PL资源的HDMI功能演示

• PS端为PL端提供时钟部分可以参看PS的试验：
  • 基于Lemon ZYNQ的PS实验十六  通过PS部分来为PL逻辑提供时钟（做工程时的常用方法）
• PL端与PS端交互的部分可以参看下面三个PS实验:
  • 基于Lemon ZYNQ的PS实验十三 PS与PL数据交互之 PS访问PL端的reg 寄存器
  • 基于Lemon ZYNQ的PS实验十四 PS与PL数据交互之 PL（FPGA）读写 PS端DDR的实验
  • 基于Lemon ZYNQ的PS实验十五 PS与PL数据交互之 PS访问 PL端的BRAM资源实现PS与PL数据交互

基于Lemon ZYNQ的PS实验

• 基于Lemon ZYNQ的PS实验一 GPIO之用EMIO方式点亮LED（完整图文）
• 基于Lemon ZYNQ的PS实验二 GPIO之用AXI-GPIO方式点亮LED （完整图文）
• 基于Lemon ZYNQ的PS实验三  GPIO之按键功能演示（EMIO方式）
• 基于Lemon ZYNQ的PS实验四  外部中断实验
• 基于Lemon ZYNQ的PS实验五 定时器中断实验
• 基于Lemon ZYNQ的PS实验六 将程序固化至QSPI FLASH(FLASH启动)
• 基于Lemon ZYNQ的PS实验七 TF卡启动演示
• 基于Lemon ZYNQ的PS实验八 UART功能演示
• 基于Lemon ZYNQ的PS实验九 QSPI FLASH读写测试
• 基于Lemon ZYNQ的PS实验十 千兆网络模块初测（基于MIO）
• 基于Lemon ZYNQ的PS实验十一 USB slave功能测试（即ZYNQ模拟U盘的功能测试）
• 基于Lemon ZYNQ的PS实验十二 ZYNQ PS 端的双核AMP实验
• 基于Lemon ZYNQ的PS实验十三 PS与PL数据交互之 PS访问PL端的reg 寄存器
• 基于Lemon ZYNQ的PS实验十四 PS与PL数据交互之 PL（FPGA）读写 PS端DDR的实验
• 基于Lemon ZYNQ的PS实验十五 PS与PL数据交互之 PS访问 PL端的BRAM资源实现PS与PL数据交互
• 基于Lemon ZYNQ的PS实验十六  通过PS部分来为PL逻辑提供时钟（做工程时的常用方法）
• 基于Lemon ZYNQ的PS实验十七 调用片内XADC资源 来实时读取芯片的电源和温度等信息，同时通过Vp和Vn引脚采集外部电压
• 基于Lemon ZYNQ的PS实验十九 用VDMA模块来缓存图像并在HDMI上显示（一）PS端彩条纹的显示
• 基于Lemon ZYNQ的PS实验二十 用VDMA模块来缓存图像并在HDMI上显示（二）显示TF卡上的BMP格式图片

基于Lemon Zynq 的Petalinux部分图文教程

• Petalinux开发准备工作：
  • ZYNQ Petalinux开发准备工作 章节一 之Ubuntu及虚拟机Vmware的安装
  • ZYNQ Petalinux开发准备工作 章节一（补充）Ubuntu下的共享文件夹设置（选看）
  • ZYNQ Petalinux开发准备工作 章节二 Ubuntu 下 Vivado 开发环境的安装（选看）
  • ZYNQ Petalinux开发准备工作 章节三 Petalinux开发环境的安装
• 基于Lemon Zynq 的Petalinux开发：
  • 基于Lemon Zynq 的Petalinux开发 章节一 Vivado 基础硬件工程搭建
  • 基于Lemon Zynq 的Petalinux开发 章节二 在 Ubuntu 上完成 Petalinux 的工程创建及编译全过程(TF卡启动)
  • 基于Lemon Zynq 的Petalinux开发 章节三 创建可用于Petalinux 系统启动的SD卡（包含boot和rootfs分区）

Xillinux 图形化操作系统 (还在整理中)

• Xillinux 操作系统 资料整理
• Xillinux 章节一 TF卡准备工作之 镜像烧录
• Xillinux 章节二 TF卡准备工作之 demo bundle 的使用说明 
• Xillinux 章节四 调整 file system 的大小 
• Xillinux 章节五 设置自定义Ethernet MAC 地址 （选看）
• Xillinux 章节六 Lemon Zynq 系列不适用
• Xillinux 章节七 Lemon Zynq 系列不适用
• Xillinux 章节八 GPIO的输入输出实验 
• Xillinux 章节九 通过 SSH 远程登录 Xillinux
• Xillinux 章节十 Windows 通过 SCP 命令 远程传输文件给Xillinux 系统 
• Xillinux 章节十一 Xillinux 使用CIFS 挂载 Windows共享文件夹
• Xillinux 章节十二 在Xillinux 系统上搭建 CIFS服务(samba)，实现与Windows 文件共享 
• Xillinux 章节十三 在Xillinux 系统中自动挂载(mount) TF卡分区
• Xillinux 章节十四 在 Windows 计算机上远程显示并操作Xillinux 桌面及应用
• Xillinux 章节十五 将普通耳机连接到Lemon Zynq的音频接口并播放音乐(适用于Lemon Zynq主板)