PYNQ案例（一）：ZYNQ的PL与PS开发

上一期的学习中，我们系统性地介绍了PYNQ与ZYNQ地区别与联系。PYNQ = Python + ZYNQ，即将ZYNQ部分功能的Python化，直接调用Python库和FPGA硬件库进行功能的开发。

Pynq降低了开发人员的门槛，但知其然也知其所以然，开发效率将会更高。因此，在进入PYNQ的python开发之前，我们先来学习ZYNQ的PL与PS开发，为接下来的学习提供良好的基础。

本部分的学习，我们依旧借助PYNQ_z2来完成。

1. ZYNQ功能块
ZYNQ中包含两大功能块：PS部分和PL部分。

PS部分指Processing System，一个基于双ARM Cortex A9内核的处理系统，其中集成了内存存储器和外部存储器接口，以及如GPIO、UART接口等大量的外设。

PL部分指Programmable Logic，基于Xilinx 7系列架构的可编程逻辑单元，通过PL部分可以为ARM定制很多外设，这也是ZYNQ的一大优点。

2. ZYNQ整体架构
ZYNQ中虽然包含PS端和PL端，但是整个设计是以ARM处理器为中心的，PS端的ARM内核可以独立于PL端运行；虽然PL端也可以独立于PS端运行，但是PL的配置是由PS端完成的，所以不能采用传统的固化FLASH的方式固化PL端程序。

PS端和PL端通信是通过AXI接口协议连接，这个协议是AMBA的一部分，是一种高性能、高带宽、低延迟的片内总线。

3. vivado与PL开发
下面我们通过一个LED灯的小项目进行本部分学习：

实验：轮流点亮LED灯

1. 打开vivado hls，点击Create New Project Project”，创建一个新工程。

2. 设置工程名led和路径，在工程类中中选择RTL Project，目标语言“Target language“选择选择“Verilog Verilog”，多语言混合编程。

选择板子的时候搜索xc7z020clg400-1，这是PYNQ的板子号，选择完成（PYNQ-Z2板采用ZYNQ XC7Z020-1CLG400C SoC）。

3. 新建一个 VerilogHDL 文件，可以通过右击 Design sourse 选择 AddSourse，选择第二个选项

选择 CreateFile…在弹出下面窗口填写新建源文件名称

创建完成点击 Finish

4. 在用户区 VerilogHDL 文件窗口中输入源程序，保存时文件名与实体名 保持一致，代码如下：

得到的最终界面：

5. 新建约束文件，输入下面指令

6.单击”Run Synthesis“开始综合->弹出的对话框单击”OK“->综合完成后单击”cancle“->点击“Constrain wizard"

点击finish

7. 时序约束向导分析出设计中的时钟，这里把“sys_clk”频率设置为50Mhz，然后点击Skip to Finish结束时序约束向导。

在弹出的框选择OK,接着选finish

这个时候led.xdc文件已经更新，点击“Reload”重新加载文件

8. 点击“Generate Bitstream”,直接生成bit 文件。

在弹出的对话框中可以选择任务数量，这里和CPU核心数有关，一般数字越大，编译越快，单击”OK”

9. 这个时候开始编译，可以看到右上角有个状态信息，在编译过程中可能会被杀毒软件、电脑管家拦截运行，导致无法编译或很长时间没有编译成功。

编译中没有任何错误，编译完成，弹出一个对话框让我们选择后续操作，这里选项“open hardware manager” ,然后单击“OK”

10. 下载到板子

1)连接好开发板的 JTAG接口，给开发板上电

2)可以看到JTAG扫描到arm和 FPGA 内核

3)选择FPGA内核，右键选择“Program Device...” ，在弹出窗口中点击“Program”

4)等待下载，下载完成以后，我们可以看到4 颗LED开始每秒变化一次

编辑：hfy