Xilinx Microblaze教程.pdf

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版本信息：版本 REV2018 时间 05/22/2018 XILINX FPGA-Microblaze 基础篇基于 MA7X 系列开发板电子版自学资料常州一二三电子科技有限公司溧阳米联电子科技有限公司版权所有米联客学院 04QQ 群：516869816 米联客学院 03QQ 群：543731097(半满) 米联客学院 02QQ 群：86730608(满) 米联客学院 01QQ 群：34215299(满)

常州一二三/溧阳米联电子科技有限公司 www.osrc.cn Artix 修炼秘籍 2018 版 Microblaze 版本时间描述 Rev2017 2017-11-03 初始版本，更新 12 个关于 Artix7 FPGA microblaze 的课程第 2 页共 255 页

常州一二三/溧阳米联电子科技有限公司 www.osrc.cn Artix 修炼秘籍 2018 版 Microblaze 感谢您使用米联客 Artix 系列开发板，以及配套教程。本教程对 Artix FPGA microblaze 基础应用做详细的讲解，并且给出了丰富的 demo。本教程不仅仅适合用于米联客开发板，而且可以用于其他的 Artix 发板。软件版本：VIVADO2017.4（提供安装好环境的虚拟机）版权声明：本手册版权归常州一二三电子科技有限公司/溧阳米联电子科技有限公司所有，并保留一切权利，未经我司书面授权，擅自摘录或者修改本手册部分或者全部内容，我司有权追究其法律责任。版主大神们都等着大家去提问--电子资源论坛 www.osrc.cn 扫描以下二维码注册论坛：www.osrc.cn 微信公众平台：电子资源论坛第 3 页共 255 页

常州一二三/溧阳米联电子科技有限公司 www.osrc.cn Artix 修炼秘籍 2018 版 Microblaze 目录 XILINX FPGA-Microblaze 基础篇 ....................................................................................................................................... 1 CH01_MicroBlaze 最小系统搭建 ............................................................................................................................................ 7 1.1 前言 ............................................................................................................................................................................ 7 1.2 硬件部分设计 ............................................................................................................................................................ 7 1.2.1 CPU 和时钟设计 ............................................................................................................................................ 7 1.2.2 DDR 设计 ....................................................................................................................................................... 12 1.2.3 外设设计 ....................................................................................................................................................... 19 1.3 导出 BD 文件为 tcl 脚本 ....................................................................................................................................... 21 1.4 导出硬件 .................................................................................................................................................................. 21 1.5 软件设计 .................................................................................................................................................................. 26 1.6 本章小结 .................................................................................................................................................................. 31 CH02_GPIO_LED .................................................................................................................................................................. 32 2.1 概述 ........................................................................................................................................................................... 32 2.2 硬件工程搭建 ........................................................................................................................................................... 32 2.3 软件设计 .................................................................................................................................................................. 39 2.4 程序分析 .................................................................................................................................................................. 49 2.5 本章小结 .................................................................................................................................................................. 52 CH03_User_IP ........................................................................................................................................................................ 53 3.1 概述 ........................................................................................................................................................................... 53 3.2 创建 IP ...................................................................................................................................................................... 53 3.3 硬件工程搭建 ........................................................................................................................................................... 57 3.4 软件设计 ................................................................................................................................................................... 65 3.5 程序分析 ................................................................................................................................................................... 72 3.6 本章小结 ................................................................................................................................................................... 72 CH04_XADC 实验 ................................................................................................................................................................. 73 4.1 概述 .......................................................................................................................................................................... 73 4.2 搭建硬件系统 .......................................................................................................................................................... 73 4.3 软件设计 .................................................................................................................................................................. 78 4.4 程序分析 .................................................................................................................................................................. 91 4.5 本章小结 .................................................................................................................................................................. 91 CH05_GPIO_Interrupt ............................................................................................................................................................ 92 5.1 概述 .......................................................................................................................................................................... 92 5.2 硬件工程搭建 .......................................................................................................................................................... 92 5.3 软件设计 ................................................................................................................................................................. 102 5.4 程序分析 ................................................................................................................................................................. 106 5.7 本章小结 ................................................................................................................................................................. 117 CH06_AXI_Timer ................................................................................................................................................................. 118 6.1 概述 ......................................................................................................................................................................... 118 6.2 创建硬件工程 ........................................................................................................................................................ 118 6.3 软件设计 ................................................................................................................................................................. 124 6.4 程序分析 ................................................................................................................................................................ 129 6.5 本章小结 ................................................................................................................................................................ 134 CH07_Uart_Interrpt .............................................................................................................................................................. 135 7.1 概述 ....................................................................................................................................................................... 135 7.2 硬件工程搭建 ....................................................................................................................................................... 135 7.3 软件设计 ................................................................................................................................................................. 140 第 4 页共 255 页

常州一二三/溧阳米联电子科技有限公司 www.osrc.cn Artix 修炼秘籍 2018 版 Microblaze 7.4 程序分析 ................................................................................................................................................................ 145 7.5 本章小结 ................................................................................................................................................................ 151 CH08_AXI_VDMA 详解 ..................................................................................................................................................... 152 8.1 概述 ........................................................................................................................................................................ 152 8.2 为什么要用 VDMA ............................................................................................................................................... 152 8.2.1 什么是帧缓存 ............................................................................................................................................. 152 8.2.2 双缓冲机制 ................................................................................................................................................. 152 8.2.3 VDMA 的作用 ............................................................................................................................................. 153 8.3 VDMA 概述 .............................................................................................................................................................. 154 8.4 VDMA 详细介绍 .................................................................................................................................................... 154 8.4.1 接口 ............................................................................................................................................................. 154 8.4.2 VDMA 帧存格式 ......................................................................................................................................... 155 8.4.3 读写通道工作时序 ..................................................................................................................................... 156 8.4.4 寄存器 ......................................................................................................................................................... 157 8.4.5 帧同步选项 .................................................................................................................................................. 162 8.4.6 Genlock 同步机制 ........................................................................................................................................ 162 8.5 本章小结 ............................................................................................................................................................... 164 CH09_AXI_VDMA_7725 实验 ........................................................................................................................................... 165 9.1 概述 ........................................................................................................................................................................ 165 9.2 系统框架 ................................................................................................................................................................ 165 9.2.1 方案框架图 ................................................................................................................................................. 165 9.2.2 框架 Block 模块化设计方案图 ................................................................................................................... 165 9.3 自定义摄像头采集 IP 分析 ................................................................................................................................... 166 9.4 Video In to AXI4-Stream 分析 ................................................................................................................................ 172 9.5 VTC IP 的分析 ........................................................................................................................................................ 179 9.5.1 VTC IP 的参数介绍 ..................................................................................................................................... 179 9.5.2 VTC IP 接口信号的定义 ............................................................................................................................. 181 9.5.3 VTC IP 配置寄存器 ..................................................................................................................................... 185 9.5.4 设置 VTC IP ................................................................................................................................................. 191 9.6 PLL 时钟设置 ......................................................................................................................................................... 193 9.7 VID_OUT IP 的分析 .............................................................................................................................................. 194 9.7.1 VID_OUT 的参数介绍 ............................................................................................................................... 194 9.7.2 VID_OUT IP 接口信号的定义 .................................................................................................................... 195 9.8 AXI IIC 分析 ........................................................................................................................................................... 198 9.9 软件设计 ................................................................................................................................................................ 199 9.9.1 IIC 驱动设计 ................................................................................................................................................ 199 9.9.2 VDMA 驱动设计 ......................................................................................................................................... 203 9.10 实验结果 ............................................................................................................................................................ 204 CH10_AXI_VDMA_5640 实验 ........................................................................................................................................... 205 10.1 概述 ...................................................................................................................................................................... 205 10.2 系统框架 .............................................................................................................................................................. 205 10.2.1 方案框架图 ............................................................................................................................................... 205 10.2.2 框架 Block 模块化设计方案图 ................................................................................................................. 206 10.3 软件设计 .............................................................................................................................................................. 206 10.4 实验结果 .............................................................................................................................................................. 207 CH11_AXI_DMA_LOOP 环路测试 .................................................................................................................................... 208 11.1 概述 ..................................................................................................................................................................... 208 11.2 硬件电路搭建 ..................................................................................................................................................... 208 第 5 页共 255 页

常州一二三/溧阳米联电子科技有限公司 www.osrc.cn Artix 修炼秘籍 2018 版 Microblaze 11.3 软件设计 ............................................................................................................................................................... 221 11.4 程序分析 .............................................................................................................................................................. 224 11.4.1 main.c 源码的分析 ..................................................................................................................................... 224 11.4.2 dma_intr.c 源码分析 ................................................................................................................................. 227 11.4.3 dam_intr.h 文件分析 ................................................................................................................................. 231 11.5 测试结果 .............................................................................................................................................................. 233 CH12_AXI_DMA_Speed 测速实验 ................................................................................................................................... 235 12.1 概述 ...................................................................................................................................................................... 235 12.2 硬件电路设计 ...................................................................................................................................................... 235 12.3 软件设计 ............................................................................................................................................................... 248 12.4 程序分析 .............................................................................................................................................................. 251 12.5 本章小结 .............................................................................................................................................................. 255 第 6 页共 255 页

常州一二三/溧阳米联电子科技有限公司 www.osrc.cn Artix 修炼秘籍 2018 版 Microblaze CH01_MicroBlaze 最小系统搭建软件版本:VIVADO2017.4 操作系统:WIN10 硬件平台:MIA701/MIA702 1.1 前言学习 C 语言时，我们跑的第一个工程大多都是跑一个 Hello World！而要在我们的 MIA701 上进行软核设计，使其打印 Hello World，则前提是要有一个 CPU.学习过 ZYNQ 和 NIOS 的都知道，ZYNQ 的设计中缺不了 ZYNQ Processing System 这个 IP，这个 IP 的功能就相当于 ZYNQ 设计中的 CPU。不同于 ZYNQ 自带了硬核，MIA701 上搭载的 Artix 系列 FPGA 必须借由一个软核来充当 CPU，这个软核是由 FPGA 内部的逻辑资源组合而成的，虽然性能上比不了 ZYNQ 的硬件，但在一些控制的领域还是能做到游刃有余。同样的，xilinx 也提供了软核的 IP，这就是 MicroBlaze。本节就将为大家介绍如何搭建一个 MicroBlaze 最小系统，并打印 Hello World。 1.2 硬件部分设计一个完整的 MicroBlaze 系统主要由四个部分组成：CPU、时钟、DDR 和外设。接下来分别介绍这四个部分的搭建，最后使之成为一个完整的系统。 1.2.1 CPU 和时钟设计 Step1:创建一个 vivado 工程，将工程名字命名为 Syetem(如果还不熟悉如何创建工程步骤，请参考前两季课程)。 Step2:点击 Create Block Design,创建一个 BD 文件，并命名为 Top。 Step3：单击添加 IP 图标，然后输入关键字 MicroBlaze，将其添加到 BD 文件中来。第 7 页共 255 页

常州一二三/溧阳米联电子科技有限公司 www.osrc.cn Artix 修炼秘籍 2018 版 Microblaze Step4:在 BD 文件中，双击 MicroBlaze 图标，对其进行配置，配置参数如下图所示：第 8 页共 255 页

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