基于Smart ZYNQ (SP/SP2/SL 版) 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

XADC功能很强大后续将通过多篇文章来介绍XADC的功能，本文将简单演示通过 PS端调用片内XADC资源来实时读取芯片的电源和温度等信息。

此章节内容适用于Smart ZYNQ SP SP2和 SL 版的板子 ( 不包含Smart ZYNQ 标准版 )，如是标准版或本站其他板子请看对应板子目录
本文在 vivado2018.3版本上演示

XADC功能认识

在ZYNQ芯片内部其实自带了AD功能模块XADC，XADC包含两个12bit 1MSPS（每秒一百万次采样）的模数转换器，以及一个模拟多路选择器MUX，XADC还包含了电压和温度传感器，我们可以用XADC 对芯片内部各路的电源电压，以及芯片的温度进行监控和采集，也可以用XADC模块来采集外部的模拟电压信号（VAUXP 和VAUXN 是XADC的ADC采集口，平常不作ADC口的时候，可作为普通PL的GPIO使用）

芯片内部 XADC资源框图如下

XILINX 官方有一份 7系列的 XADC手册，这里为了方便大家查找也上传到本网站

ug480_7Series_XADC 下载

XADC功能很强大后续将通过多篇文章来介绍XADC的功能，本文将简单演示通过 PS端调用片内XADC资源来实时读取芯片的电源和温度等信息。

XADC 模块的使用有两种方法，一直接用 FPGA JTAG 专用接口访问，这样我们可以在VIVADO软件中直接读取实时的电压和温度等信息，二 ZYNQ的PS通过PS-XADC直接调用XADC模块来对模拟数据进行采集，三在PL例化 XADC IP核来读取XADC数据（PL端读取xadc值也可以用这种方式）

以下的演示我们分两个部分 1.在vivado的软件中直接读取XADC值 2. 在PS中软件去读取XADC的数据

一.在vivado的软件中直接读取XADC值

这种方式很简单，不需要编程，只需要创建工程后，直接JTAG连接设备就能读取到数据

1.按照以往例程方式创建一个vivado工程，创建的过程中芯片型号选择XC7Z020-CLG484-1

2. 连接好主板，下载器和电脑（如果是Smart zynq SP SP2 或者 Smart ZYNQ 标准版则自带下载器功能，SL版需要外接下载器）

3.在PROGRAM AND DEBUG 里点选 Open Target 选项

这时如果连接正确，vivado 会跳出芯片型号，以及在芯片型号下方显示XADC的功能

4. 双击 XADC 功能并在展开的窗口修改名称并选择OK

5. 这时vivado 就通过JTAG采集到了 XADC读取的芯片内部的温度信息了

备注重要：最好将板子调整成 JTAG启动方式再重新上电，如再SD启动方式下，vivado界面采集到的数据会是错误的

这时我们通过点选加号，还可以添加更多的采集信息，包括外部XADC引脚的电压信息，或芯片内部 VCCAUX,VCCBRAM,VCCPINT等的电压信息

如下图所示，这里我添加了芯片内部的几个关键电压，通过界面我们可以看到各路的实时电压信息

二 . 在PS中软件读取xadc的数据

和之前在vivado里直接读取 XADC的值不同，本方法是在PS中通过代码去读取XADC的值

1.在BLOCK DESIGN 中搜索并添加一个ZYNQ模块

2.在右侧的窗口里，点击加号，在选择框里搜索ZYNQ，并找到ZYNQ7 PROCESSING SYSTEM 双击并打开

3.软件自动生成了一个 zynq的block 如下图所示，接下来要做一些相应的设置，双击下图中的ZYNQ核

4. 在ZYNQ 设置界面，设置 DDR MT41K256M16RE-125的型号和位宽16bit

5.使能ZYNQ的UART功能（因为需要通过串口传出数据）

6.因为工程暂时用不到 AXI功能，所以可以先禁用AXI功能

7.完成后点选 Run Block Automation，完成后续自动布线

8.因为我们增加了EMIO 的UART，所以这里需要将UART的引脚引出，右键选择ZYNQ模块的UART_0，然后选择Make External

9）source→Design Source ，右键我们创建的BLOCK工程，点击create HDL wrapper，打包BLOCK文件并生成.v代码

10) 点击绿色箭头RUN 对代码进行编译

11) 点击RTL 中的SCHEMATIC , 并选择右边出现的 IO Ports 来增加UART 0 EMIO部分的管脚定义(这一步也可以在约束文件中定义, 可看之前的例子)

将 UART 部分的 TX RX 分别设置成 L17，M17 电压属性设置成 LVCMOS33, 之后保存

10) 生成bit文件 :按下Generate Bitstream 完成综合以及生成bit文件（会弹出窗口要求保存约束规则文件）

SDK程序编写

1）File→Export→Export hardware…，在弹出的对话框中勾选“include bitstream”，点击“OK”确认，如下图所示。

2）File→Lauch SDK，在弹出的对话框中，保存默认，点击“OK”，如下图所示。

系统将自动打开SDK开发环境

3）新建一个工程 file→new→Application Project，来新建一个“Application Project”，如下图所示。

4）在新建工程名中输入自己的工程名称(XADC_TEST)，点击NEXT

5)选择一个空工程,点击完成

6) 这里我们偷个懒，官方SDK里已经编写了XADC 读取温度电压的DEMO，所以这里我们可以直接参考官方的demo来快速实现我们调用XADC的功能（后续可以将官方demo的代码直接copy到自己的工程里进行使用）

如下图所示打开bsp 列表里的 mss，并导入xadc 对应的工程点击 xadcps 右边的 import Examples

这里又两个工程，一个是中断的参考工程，一个是轮询的，这里我们选择轮询的方式

这样工程中会多出一个官方的demo

8.代码下载验证

a 连接好板子的串口线，以及下载器（SP 自带下载器，SL需要外接下载器功能）

b 因为我们需要用串口来观察数据，而程序一运行就直接输出数据了，所以我们需要先打开串口助手（或VIVADO的串口功能）备注不同的电脑对应的串口号不同，可以通过查看设备管理器确认

c 再对 RUN AS 的环境进行配置

在弹出的窗口中对4个方框都进行勾选操作，以确保每次运行都会重新启动系统，并且重新编程FPGA（如PS没有出现下图对话框，可以直接双击Xilinx C/C++ application （System Debugger ））

d 设置好之后，选择Run As -> Launch on Hardware (System Debugger)

如果一切正常的话，板子上的串口就会在下载程序后输出XADC 的数据信息了，包括温度以及芯片内部 INT AUX DDR对应的电压信息等

这里仅仅演示了XADC的一小部分功能，大家可以查阅xadcps.h 头文件尝试打印更多其他的数据。

程序分析：

我们以VCCPINT电压部分的XADC代码举例，采集代码如下：

VccPintRawData = XAdcPs_GetAdcData(XAdcInstPtr, XADCPS_CH_VCCPINT);
	VccPintData = XAdcPs_RawToVoltage(VccPintRawData);
	printf("\r\nThe Current VCCPINT is %0d.%03d Volts. \r\n",
			(int)(VccPintData), XAdcFractionToInt(VccPintData));

XAdcPs_GetAdcData:负责从指定的地址获取adc值
XAdcPs_RawToVoltage:负责将采集到的原始adc值换算成对应的电压值
XAdcFractionToInt：负责将分数部分转换成可以整数，以方便printf打印

注意：这里要注意一个地方 XAdcPs_RawToVoltage函数:
- 这个函数中 /65536 而不是/4096 是因为，ADC默认输出是16位，其中高12位是ADC直接采集到的值，剩下的4位是根据平局得到的用来提高精度的位（需要在软件中设置）。
- 另外这个函数还有个地方值得注意的是，内部电压的参考是以3为准的，所以这里是乘以3。

除了上述显示的温度和几个内部电压外，我们还可以采集下面部分的ADC值

本文的完整工程下载：17_PS_XADC_TEMPVOLT
VIVADO的版本：2018.3
工程创建目录：E:\Smart_ZYNQ_SP_SL\SDK\17_PS_XADC_TEMPVOLT
工程适用主板: Smart ZYNQ (SP / SP2 / SL) （不适用于Smart ZYNQ 标准版 ）