Zybo全栈开发入门教程（基于Linux嵌入式系统）:10个步骤自定义IP模块

Zybo是Digilent公司推出的一款基于Xilinx Zynq-7000系列中最小型号Z7010 SoC的嵌入式开发平台，zybo上集成了丰富的多媒体外设接口，强大的Z7010芯片支持完成的系统设计，同时五个Pmod接口提供了丰富的扩展空间，想必很多人都听说过zedboard的大名，其实可以说zybo是mini-zedboard。Zybo全栈开发教程共分为三部分：自定义IP、移植Linux操作系统、编写驱动模块和应用。通过这三部分你将能够全面熟悉Zynq AP SoC架构的开发流程，包括FPGA逻辑电路设计、软件编程、Linux操作系统及软件开发，以及如何在Zybo开发板中应用这些技能。

在这个教程中，我们将以Digilent官网提供的Zybo Base System Design作为基础。它的架构如图。可以看到，UART1连接到USB-UART, SD0连接到SD Card Slot, USB0连接到USB-OTG port, Enet0连接到Giga-bit Ethernet Port，GPIO连接到Btn4/5，以及Quad SPI连接到on-board QSPI Flash。这些处理系统(Processing System, 简称PS)内的硬件IP通过复用I/O接口连接到板上的外设。在可编程逻辑(Programmable Logic, 简称PL)的部分，我们有HDMI Tx Controller, VDMA, I2C以及GPIO等等IP核。更多的资料可以看下载这个Zybo基本系统时包含的文件。

 

教程开始之前我们要先明确所需要的资料如下：

Zybo Board硬件板卡

Vivado 2014.1 Webpack软件开发环境

Zybo Base System：板卡底层基础配置

U-boot：与ZYBO板卡硬件设计相关

Linux内核源码

根文件系统

注:相关资料可以在Digilent的GitHub账户上找到（即 https://github.com/DigilentInc ）

自定义IP就是让用户在Zynq SoC的FPGA部分实现自己的功能模块逻辑设计：

步骤一：下载zybo base system文件

根据自己的设计下载zybo base system压缩包文件并解压到指定目录

 

步骤二：使用vivado工具打开zybo base system文件

 

首先我们需要设置Vivado的环境变量，共有四个选项分别是settings64.sh、settings32.sh、settings32.csh和settings64.csh，请根据机器系统是32位还是64位以及bash版本来使用。

步骤三：删除已存在的LED模块

首先我们要确保所有的IP模块状态保持最新状态，如果有更新就会在顶部显示一条黄色的提示栏，点击更新（upgrade）即可，然后在base system中已经预先设置了一个LED模块，这个模块主要采用PS的I/O接口，我们要把这个IP删除（如第二张图所示）。

步骤四：设置ip核Vendor

在创建myLed IP核之前我们要Project Settings里面设置Vendor选项的名字，否则会引起Vivado软件内部异常，名字可以根据自己喜好随意设置。

 

步骤五：创建myLed IP模块

点击菜单栏Tools—>Create and Package IP，弹出的对话框选择Create a new AXI4 Peripheral，然后在弹出的对话框输入IP名字、版本、存储位置等相关信息，点击Next继续下一步。

步骤六：增加模块接口

myLed IP采用AXI4外设接口，接口类型为Lite，模式为Slave，数据宽度32bits，寄存器数量为4，确保Name选项为S_AXI，实际上我们只需要一个寄存器，但是最小设置为4。

步骤七：编辑IP功能逻辑代码

基本设置完成后点击Next，我们需要选择Edit IP，然后添加用户定义的逻辑。我们要修改两个文件，分别是MyLed_v1_0_S_AXI和MyLed_v_0（对应上图顺序），经过上面的修改我们将slv_reg0[3:0]与输入端口led[3:0]连接起来。

 

步骤八：封装IP模块

通过步骤七我们定义了IP逻辑，然后我们需要将它打包为一个黑盒，在Project Manager下拉菜单选择Package IP，根据提示进行设置，保证弹出的对话框右侧选项全部打上绿勾。

步骤九：将自定义IP myLed_v1.0增加到系统中

在block design的空白处右键选择add IP，搜索myled找到刚才封装的IP。增加myLed_v1.0模块后，对话框顶部会出现绿色的提示框，我们点击Run connection Automation，这个操作会将myLed IP的AXI4-Lite总线与PS连接起来。

步骤十：连接外部led端口

在空白处点击右键选择Create Port，设置为output，位宽led[3:0]，然后用鼠标拖拽将这个输出端口与myLed_0的输出接口led[3:0]建立连接。

步骤十一：修改约束文件，生成比特流文件

打开Constraints下拉菜单下的base.xdc管脚约束文件，将led[3:0]与FPGA硬件管脚绑定，即与zybo板上的四个led灯连接，最后在Program and Debug下拉菜单中选择Generate Bitstream，至此自定义用户IP并生成比特流文件完成。

下篇文章中将向大家介绍在本篇内容基础上移植Linux操作系统，进一步深入了解Zynq SoC的开发模式。