Zynq的開(kāi)發(fā)四種方式

ZYNQ中包含了兩個(gè)部分，雙核的arm和FPGA。根據(jù)XILINX提供的手冊(cè)，arm模塊被稱為PS,而FPGA模塊被稱為PL。

ZYNQ內(nèi)部包含PS和PL兩部分，ZYNQ開(kāi)發(fā)有一下四種方式：

A：純PS開(kāi)發(fā)

PS中包含2個(gè)ARM Cortex-9的內(nèi)核，一些基本的外設(shè)擴(kuò)展口以及Memory接口。PS中包含以下4個(gè)主要功能模塊：

Application processor unit (APU)

Memory interfaces

I/O peripherals (IOP)

Interconnect

PS開(kāi)發(fā)有兩種方式：即傳統(tǒng)的arm的方式和xilinx方法(這個(gè)是生成一個(gè)elf文件，這個(gè)elf文件包括了硬件配置信息(xmp)和裸跑程序(c文件))。

B：純PL開(kāi)發(fā)

PL即FPGA，這個(gè)和一般的xilinx的FPGA沒(méi)有很大的區(qū)別。

C：PS+PL(不跑操作系統(tǒng))開(kāi)發(fā)

生成elf文件包括了硬件配置信息(xmp)和裸跑程序(c文件)，還有一個(gè).bit文件。

D：PS+PL(跑操作系統(tǒng))開(kāi)發(fā)

這個(gè)就需要BOOT.BIN,設(shè)備樹(shù)，linux內(nèi)核鏡像，文件系統(tǒng)了。

其中BOOT.BIN是由3部分組成的(boot.elf, .bit, fsbl.elf)，boot.elf這個(gè)是由交叉編譯環(huán)境產(chǎn)生的，相當(dāng)于ssbl，.bit文件是PL使用文件，fsbl.elf這個(gè)是fsbl。

之前剛開(kāi)始學(xué)FPGA的時(shí)候用的是基于spartan的FPGA開(kāi)發(fā)板，當(dāng)上手ZYNQ后一直以為ZYNQ就是在資源上做了升級(jí)，我所要做的工作無(wú)非是把開(kāi)發(fā)工具從ISE升級(jí)到VIVADO罷了，后來(lái)發(fā)現(xiàn)自己還是過(guò)于天真了，很多事都有存在的意思，上手之后便發(fā)現(xiàn)ZYNQ和之前的板子有區(qū)別。

SOC FPGA

區(qū)別就是ZYNQ除了傳統(tǒng)FPGA外，還把ARM核和FPGA結(jié)合在了一起，成為了內(nèi)嵌處理器硬核的FPGA，即SOC FPGA，二者利用高速總線AXI4進(jìn)行通信。

內(nèi)部結(jié)構(gòu) PL與PS

由于它既有FPGA又有ARM,所以它同時(shí)具有ARM軟件的可編程性和FPGA 的硬件可編程性，不僅可實(shí)現(xiàn)重要分析與硬件加速，同時(shí)還在單個(gè)器件上高度集成CPU、DSP、ASSP 以及混合信號(hào)功能。

從結(jié)構(gòu)來(lái)看，支持FPGA的部分稱為PL(Programmable Logic),支持ARM的部分稱為PS(Processing System),如下圖所示。

可以看出PS部分有很多接口，如SPI,UART,CAN等等，這些接口的存在可以讓FPGA不用寫控制器去傳輸，節(jié)省了資源但是犧牲了速度。

工作

PL端和PS端一般通過(guò)AXI4總線通信，使用AXI4的PL模塊會(huì)有相應(yīng)c驅(qū)動(dòng)文件，用于PL端模塊的控制。這些驅(qū)動(dòng)文件有裸機(jī)版本，也有l(wèi)inux版本，linux運(yùn)行時(shí)，如果調(diào)用pl端模塊就使用這些驅(qū)動(dòng)即可。

Zynq的啟動(dòng)分三個(gè)階段。階段0是BOOTROM的固化代碼，不用管；階段1中，first stage boot loader 首先配置PS端，之后硬件比特流對(duì)PL進(jìn)行配置。階段2運(yùn)行用戶程序，Linux的BOOT loader在這個(gè)階段才開(kāi)始運(yùn)行。

ZYNQ并不能說(shuō)是一個(gè)嵌入ARM核的FPGA。從它的啟動(dòng)過(guò)程就可以發(fā)現(xiàn)，絕對(duì)是ARM主導(dǎo)的，因此稱它為以高性能FPGA為外設(shè)的雙核ARM或許更為合適。

那么就有一個(gè)問(wèn)題Zynq可以作為獨(dú)立的ARM或者獨(dú)立的FPGA使用嗎？答案是肯定的，可以的。

首先，Zynq可以作為獨(dú)立的ARM使用是顯而易見(jiàn)的，因?yàn)閆ynq中ARM就是主處理器，上電啟動(dòng)過(guò)程也是由ARM來(lái)完成的，除了新建ARM工程時(shí)需要HDL硬件描述文件（HDL硬件描述文件的制作也很簡(jiǎn)單），其他都一樣。

其次，Zynq作為獨(dú)立的FPGA使用其實(shí)也是可以的，首先我們可以跟使用傳統(tǒng)的FPGA一樣使用Vivado集成開(kāi)發(fā)環(huán)境綜合編譯工程并通過(guò)JTAG接口下載bit文件。唯一的不同是在我們燒寫啟動(dòng)時(shí)，我們需要把bit文件和FSBL源碼合成為一個(gè)bin文件燒寫后才能啟動(dòng)，上電啟動(dòng)時(shí)ARM會(huì)先運(yùn)行加載FSBL程序，然后通過(guò)FSBL會(huì)加載FPGA的程序。FSBL程序是Xilinx提供的集成在SDK里的二級(jí)boot loader程序，我們?cè)赟DK集成開(kāi)發(fā)環(huán)境中通過(guò)很簡(jiǎn)單的操作就可以完成FSBL程序和bit文件的合成。

上圖中紅色框框出來(lái)的是二級(jí)boot loader程序，黃色框框出來(lái)的是FPGA程序，藍(lán)色框框出來(lái)的是ARM的用戶應(yīng)用程序，如果我們把Zynq作為獨(dú)立的FPGA使用時(shí)，我們就可以刪除藍(lán)色框即ARM用戶應(yīng)用程序，保留紅色框二級(jí)boot loader程序和黃色框FPGA程序即可。

審核編輯 ：李倩