基于Lemon Zynq 的Petalinux开发章节一 Vivado 基础硬件工程搭建

本文主要演示针对Petalinux 基础功能的 Vivado 硬件工程搭建

此章节内容适用于Lemon ZYNQ主板，如是其他板子请看对应板子目录
本文在 vivado2018.3 以及 Petalinux2018.3 版本上进行演示

Lemon Zynq的Petalinux 的基础硬件工程将不再细分每一个功能模块，而是将Petalinux 可能用到的基础功能包括 UART，千兆网络NET，USB HOST，SD，FLASH，LED 和按键等基础功能都一并进行添加，来方便大家在最短的时间内将Petalinux的基础功能跑起来。等熟悉这个流程后，大家就可以在这个工程的基础上再进行其他功能的二次开发了。

本次基础工程将添加下列硬件功能：

512MB DDR设置
QSPI FLASH
SD
USB
UART
Emio X8 （LED X4 , KEY X4）
NET

一、Vivado工程创建

1）打开Vivado 新建一个项目，新建一个VIVADO 工程，打开软件选中Create Project, 如下图所示

2）点击NEXT ，在出现的第二个对话框“Project name”中输入工程名；在“Project location”中选择保存路径；勾选“Create project subdirectory”（默认），最后点击“Next” 备注，所有的路径均不能出现中文名称

3)点击 RTL PROJECT 选项，点击NEXT

4）第四步Add Sources 选项直接留空，NEXT

5）第五步Add Constraints 选项直接留空，NEXT

6) 选择芯片型号板子的芯片型号为 XC7Z020 封装是CLG484 所以型号我们选择 xc7z020clg400-1 （如果是XA7Z020的车规级芯片版本，这里也选xc7z020clg400-1）

7）确认所选信息点击“Finish”，完成vivado的工程创建

之后工程就新建好了， vivado 进入到开发界面

二、创建一个BLOCK设计

1）IP INTEGRATOR→Create Block Design，在弹出的对话框中输入设计名，最后点击“OK”，如下图所示

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）依次在弹窗里找到DDR Configuration→DDR Controller Configuration→DDR3，在Memory Part下拉菜单中根据自己板子上的DDR来选择相应的DDR3，本实验所用到型号：MT41K256M16RE-125，数据位宽选择16bit 最后点击“OK”,如下图所示。

5）因为Lemon ZYNQ主板的PS时钟是50M的晶振输入的，所以这里需要把默认的PS输入时钟33.33M改成50M

6）使能QSPI的功能如下图所示（当QSPI 时钟大于40MHZ的时候就需要勾选Feedback clk）

7）因为我们Lemon ZYNQ 的USB功能，SD功能，和网络功能都是接在芯片的BANK501上的，而bank501在硬件上接的1.8Vbank电压，所以这里我们需要手动对ZYNQ的BANK1（501） I/O 电压设置成LVCMOS 1.8V。重要

8）使能SD 0的功能 MIO40-45

9) 使能 ENET0 和 MDIO 功能， ENET0对应MIO 16-27 MDIO对应 MIO52-53

网络部分还有个Reset 信号，电路上是接在MIO9的，需要先使能GPIO MIO功能，再对ENET0 reset脚进行设置。

MIO的网络还要检查时钟，以免最后不能访问网络，这里ENET0 的Clock Source 一定要是IO PLL

10）使能zynq的USB0功能

另外由于我们的USB PHY的信号是接在mio的46脚上所以这里同样需要使能 MIO的USB RST信号（系统同时会默认勾选I2C复位，可以关闭）

11) 使能UART 0 选择MIO方式，下拉菜单里选择MIO14-15

12）到这里，ZYNQ内核就已经按照我们的预设配置好了，接下来按照我们的预期添加8个IO口，用于4个LED灯，和4个按键，作实验用。

13 ）因为工程暂时用不到 AXI功能，所以可以先禁用AXI功能

14）之后按下OK键完成ZYNQ的配置。回到BD界面

15）按下 Run Block Automation ，并按下OK键

16）将我们的EMIO GPIO 通过 External 的方式映射出来，右键 External

17）source→Design Source ，右键我们创建的BLOCK工程，点击create HDL wrapper如下图所示。

18）在弹出的对话框里保持默认

19）软件自动为我们生成HDL文件

至此，Block Design 部分已经设置完成。

三、添加我们的FPGA部分顶层TOP_module代码，并例化ZYNQ模块

其实这里我们不增加顶层模块，直接编译综合也是可以，但是考虑到我们的工程后续可能会添加PL部分（即FPGA）的代码，所以这里我们还是增加了顶层模块。

1）在主界面点击左侧 Add Sources ,点击复选框的Add or create design sources 选项并点击NEXT

2）在出现的Add Sources 中选择创建新文件 Create FILE 如下图所示，并在弹出的窗口中选择类别为Verilog ，在FILE name中填写文件的名称，这里用TopModule代替，点击OK 并点击FINISH

3）在跳出的窗口中可以填写模块的输入输出信号，由于这部分工作在代码中可以完成，所以这里直接点OK 完成VERILOG 文件的创建。

4）双击打开刚才创建的TopModule文件，这里我们可以添加我们的FPGA代码，如点灯代码等，这里我们暂时不在工程中添加任何其他功能，所以我们只需要对刚刚定义的Block design中创建的ZYNQ模块进行例化即可。

5） 在TopModule程序中例化ZYNQ模块

打开刚才的TopModule.v，并在 endmodule的上方添加ZYNQ_CORE 例化的代码,以及在模块定义上添加一个output信号 led_emio，用于引出ZYNQ模块的EMIO脚。

 ZYNQ_CORE_wrapper zynq_u(
    .GPIO_0_0_tri_io(GPIO_EMIO)
 );

肯定有人会问 ZYNQ_CORE 里明明有那么多信号，为啥我都留空了只保留了GPIO_0_0_tri_io信号，其实这里我也偷懒了，因为本章中ZYNQ只添加了一个EMIO外设，而剩下诸如DDR FIX_IO这种信号线因为本身是硬件连接的，所以即使程序例化的时候留空，这些信号线仍然是硬件同外部连接的。当然你也可以将所有的信号添加全。（备注如果有其他的EMIO 或者AXI 等涉及到和FPGA通讯或者映射的信号，则这里例化的时候必须添加信号上去）

这样我们就在TopModule.v中增加了ZYNQ部分了。（这里容易产生误区，ZYNQ模块是硬件存在的，并不是实例化凭空出现的，只是通过例化这种方式将PS和顶层模块PL两部分结合在一起了）

完整代码如下：（你也可以根据需求在TopModule中增加自己的内容）

`timescale 1ns / 1ps
module TopModule(
    inout [7:0]GPIO_EMIO
);

 ZYNQ_CORE_wrapper zynq_u(
    .GPIO_0_0_tri_io(GPIO_EMIO)
 );
    
endmodule

四、创建约束文件，并定义管脚

1）Add Source → Add or create constraints 点Next

因为这个项目没有创建过约束文件所以这里创建一个约束文件，并在File name 里设置约束文件的名称，并且点击FINISH 完成约束文件的创建

2）Sources → Constraints 里找到刚才创建的约束文件双击并打开该XDC约束文件

在约束文件里面复制下面代码来对输出的GPIO进行管脚。

set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports {GPIO_EMIO[7]}]
set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports {GPIO_EMIO[6]}]
set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports {GPIO_EMIO[5]}]
set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports {GPIO_EMIO[4]}]
set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports {GPIO_EMIO[3]}]
set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports {GPIO_EMIO[2]}]
set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports {GPIO_EMIO[1]}]
set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports {GPIO_EMIO[0]}]
set_property PACKAGE_PIN M14 [get_ports {GPIO_EMIO[3]}]
set_property PACKAGE_PIN N16 [get_ports {GPIO_EMIO[2]}]
set_property PACKAGE_PIN P14 [get_ports {GPIO_EMIO[1]}]
set_property PACKAGE_PIN R14 [get_ports {GPIO_EMIO[0]}]
set_property PACKAGE_PIN L19 [get_ports {GPIO_EMIO[7]}]
set_property PACKAGE_PIN L20 [get_ports {GPIO_EMIO[6]}]
set_property PACKAGE_PIN D20 [get_ports {GPIO_EMIO[5]}]
set_property PACKAGE_PIN D19 [get_ports {GPIO_EMIO[4]}]

约束中，我们将GPIO_EMIO3-0 分别对应LED3-LED0 。 GPIO_EMIO7-4 对应按键的BTN3-BTN0。后续实验中我们将会用到。