ZYNQ PL开发流程

2 ZYNQ PL开发

开发流程

开发使用vivado，流程如下

1.新建工程

工程项目含义

这里简单介绍下各个工程类型的含义。“RTL Project”是指按照正常设计流程所选择的类型，这也是常用的一种类型

“RTL Project”下的“Do not specify sources at this time”用于设置是否在创建工程向导的过程中添加设计文件，如果勾选后，则不创建或者添加设计文件；

“Post-synthesis Project”在导入第三方工具所产生的综合后网表时才选择；

“I/O Planning Project”一般用于在开始 RTL 设计之前，创建一个用于早期IO 规划和器件开发的空工程；

“Imported Project” 用于从 ISE、XST 或 Synopsys Synplify 导入现有的工程源文件；

“Example Project”是指创建一个 Vivado 提供的工程模板。

这个可以加也可以跳过

这个可以加也可以跳过

对应型号选择板卡，我用的是pynq-z2，直接选择xilink集成好的板卡

如何添加pynq-z2板文件看这一篇博客
如何添加PYNQ-Z2板文件到Vivado

（1）Flow Navigator。Flow Navigator 提供对命令和工具的访问，其包含从设计输入到生成比特流的整个过程。 在点击了相应的命令时，整个 Vivado 工程主界面的各个子窗口可能会作出相应的更改。

（2）数据窗口区域。默认情况下，Vivado IDE 的这个区域显示的是设计源文件和数据相关的信息。

• Sources 窗口：显示层次结构（Hierarchy）、IP 源文件（IP Sources）、库（Libraries）和编译顺序（Compile Order）的视图。

• Netlist 窗口：提供分析后的（elaborated）或综合后的（synthesized）逻辑设计的分层视图。

（3）Properties 窗口：显示有关所选逻辑对象或器件资源的特性信息。

（4）工作空间（Workspace）：工作区显示了具有图形界面的窗口和需要更多屏幕空间的窗口，包括：

• Project Summary。提供了当前工程的摘要信息，它在运行设计命令时动态地更新。

• 用于显示和编辑基于文本的文件和报告的 Text Editor。

• 原理图（Schematic）窗口。

• 器件（Device）窗口。

• 封装（Package）窗口。

（5）结果窗口区域：在 Vivado IDE 中所运行的命令的状态和结果，显示在结果窗口区域中，这是一组子窗口的集合。在运行命令、生成消息、创建日志文件和报告文件时，相关信息将显示在此区域。默认情况下，此区域包括以下窗口：

• Tcl Console：允许您输入 Tcl 命令，并查看以前的命令和输出的历史记录

• Messages：显示当前设计的所有消息，按进程和严重性分类，包括“Error”、“Critical Warning”、“Warning”等等

• Log：显示由综合、实现和仿真 run 创建的日志文件。

• Reports：提供对整个设计流程中的活动 run 所生成的报告的快速访问。

• Designs Runs：管理当前工程的 runs。

（6）主工具栏：主工具栏提供了对 Vivado IDE 中最常用命令的单击访问。

（7）主菜单：主菜单栏提供对 Vivado IDE 命令的访问。

（8）窗口布局（Layout）选择器：Vivado IDE 提供预定义的窗口布局，以方便设计过程中的各种任务。

布局选择器使您能够轻松地更改窗口布局。或者，可以使用菜单栏中的“Layout”菜单来更改窗口布局。

2设计输入

如果事先有编写好的代码，可以点击“Add Files”按

钮来添加文件；如果没有，则点击“Create File”创建一个新的设计文件。由于我们事先没有编写好的设计

文件，这里点击“Create File”来创建一个新的设计文件，如下图所示：

输入点灯代码

module led_twinkle( 2 input sys_clk , //系统时钟
 input sys_rst_n, //系统复位，低电平有效
 
 output [1:0] led //LED 灯 6 );
 
 //reg define
 reg [25:0] cnt ;

 //*****************************************************
 //** main code
 //*****************************************************

 //对计数器的值进行判断，以输出 LED 的状态
 assign led = (cnt < 26'd2500_0000) ? 2'b01 : 2'b10 ;

 //计数器在 0~5000_000 之间进行计数
 always @ (posedge sys_clk or negedge sys_rst_n) begin
 if(!sys_rst_n)
 cnt <= 26'd0;
 else if(cnt < 26'd5000_0000)
 cnt <= cnt + 1'b1;
 else
 cnt <= 26'd0;
 end

endmodule

3.分析和综合

分析

代码输入完毕之后，就可以对设计进行分析（Elaborated）了。点击“Flow Navigator”窗口中的“Open Elaborated Design”按钮

此时，Vivado 会编译 RTL 源文件并进行全面的语法检查，并在 Messages 窗口中给出相应的“Error”和“Warning”。如果出现“Error”，则分析失败，用户必须修改设计文件，并重新编译源文件来取消“Error”。如果出现“Warning”，用户也可逐一查看，以确定哪些是设计缺陷，哪些是可以忽略的。打开分析后（Elaborated）的设计，Vivado 会生成顶层原理图视图，并在默认 view layout 中显示设计

引脚分配

此时，窗口布局会打开 IO 相关的子窗口，在下方的“I/O Ports”窗口中，就可以进行 IO 的分配了。这里我们暂时不分配，先对设计进行综合，综合之后再统一输入时序约束和 IO 引脚的物理约束

4.约束输入

#IO 管脚约束
set_property -dict {PACKAGE_PIN U18 IOSTANDARD LVCMOS33} [get_ports sys_clk]
set_property -dict {PACKAGE_PIN J15 IOSTANDARD LVCMOS33} [get_ports sys_rst_n]
set_property -dict {PACKAGE_PIN J18 IOSTANDARD LVCMOS33} [get_ports {led[0]}]
set_property -dict {PACKAGE_PIN H18 IOSTANDARD LVCMOS33} [get_ports {led[1]}]

第一行以“#”号开头，表示这是一条注释语句，每一条注释也单独占用一行。第二行是有效的约束命令，每一个约束命令单独占用一行，命令的结尾不需要像 verilog 代码一样，添加分号“;”结束符号。命令的第一个关键字代表该命令的名称，其后的所有字段都是该命令的参数列表。IO 管脚约束是对端口的引脚位置和电平标准进行约束，例如第二行命令是对系统时钟的管脚进行约束，“set_property”是命令的名称；“PACKAGE_PIN U18”是引脚位置参数，代表引脚位置是 U18；“[get_ports sys_clk]”代表该约束所要附加的对象是 sys_clk 引脚；“IOSTANDARD LVCMOS33”代表该引脚所使用的电平标准是 LVCMOS33。 IO管脚约束比较好理解，就是我们的程序所驱动的IO和ZYNQ芯片的IO对应起来。而时序约束（Timing Constraints）用来描述设计人员对时序的要求，比如时钟频率，输入输出的延时等，以满足设计的时序要求。

约束语句如下：

#时钟周期约束
create_clock -name clk -period 20 [get_ports sys_clk ]

“create_clock”是该命令的名称，它会创建一个时钟；其后的“-name clk”、“-period 20”、“[get_ports sys_clk ]”都是该命令的各个参数，分别表示所创建时钟的名称是“clk”、时钟周期是 20ns、时钟源是 sys_clk 端口，一般只对输入的时钟做周期的约束。对时钟的约束最简单的理解就是，设计者需要告诉 EDA 工具设计中所使用的时钟的频率是多少；然后工具才能按照所要求的时钟频率去优化布局布线，使设计能够在要求的时钟频率下正常工作。本次实验sys_clk 的时钟频率为 50MHz，周期为 20ns，在做约束时可以等于这个值或者略低于这个值，不建议周期设置的太小，否则软件在布局布线时很难满足这个要求。其实对于比较简单的设计，可以不对工程做时序约束，即使不进行时序约束，也不影响最终的功能。 而当设计变得复杂起来，或者输入的时钟频率比较高的时候，如果不添加时序约束，那么就有可能在验证设计结果的时候出现一些意料之外的情况。

5.设计实现

约束输入完毕之后，就可以开始实现设计了。我们点击“Flow Navigator”窗口中的“Run Implementation”按钮，如下图所示

实现完成后会弹出提示窗口，我们直接点击取消来关闭窗口，如下图所示：

6.下载bit流

在弹出的窗口中直接点击 OK

比特流生成完毕之后，Vivado 会弹出提示窗口，我们点击取消关闭该窗口：

接下来我们开始下载比特流，点击“Flow Navigator”窗口中的“Open Hardware Manager”按钮，如下

图所示：

开发板完成并打开电源开关后，点击“Hardware”子窗口中的“Auto Connect”按钮，如下图所示：

需要说明的是，下载完比特流后，如果开发板断电，程序会丢失。如果想要程序断电不丢失的话，需要将程序固化至开发板中，这个需要在嵌入式 SDK 软件中完成，ZYNQ 芯片无法单独固化比特流文件（PL的配置文件）**。这是由于 ZYNQ 非易失性存储器的引脚（如 SD 卡、QSPI Flash）是 ZYNQ PS 部分的专用引脚，这些非易失性存储器由 PS 的 ARM 处理器进行驱动，需要将 bit 流文件和 elf 文件（软件程序的下载文件）合成一个 BOOT.BIN，才能进行固化，因此需要学习 ZYNQ 嵌入式 SDK 的开发流程。硬件调试和仿真下节再说。