了解SoC平台环境搭建的具体操作流程

学习Xilinx Vivado&SDK 2017.3工具的使用

熟悉SoC平台环境搭建过程和工作原理

以PS与PL协同设计实现GPIO为例，搭建SoC平台环境。

将FPGA当做一个PS处理器的外设，通过寄存器地址映射到PS的寻址空间。在处理器中使用C程序访问这些寄存器，来实现软件和逻辑结合的协同设计的效果。

步骤可简述为：在VIVADO中配置ZYNQ处理器，做好FPGA的外设，互联完成之后生成BIT流文件下载到板子。在SDK环境下开发好软件之后，进行在线调试运行。

打开桌面VIVADO 2017.3，点击Create Project创建新工程。为新工程命名，选择工程保存路径，点击Next。选择芯片xc7z020clg484-1，点击Next → Finish。点击Create Block Design，创建块设计，并命名；

在右侧Diagram窗口空白处右击 → Add IP。搜索ZYNQ，双击ZYNQ7 Processing System，添加ZYNQ处理器，并点击Run Block Automation，勾选处理器→ 点击OK；

再添加两个GPIO核，在Diagram窗口空白处右击 → Add IP → 搜索GPIO → 双击。操作两次，添加两个AXI GPIO核，点击Run Connection Automation，勾选All Automation，点击OK，进行自动配置。自动连接之后在空白处右击选择Regenerate Layout，重新布局；

双击ZYNQ处理器核，进行配置，更改DDR型号为MT41K256M16 RE-15E，将Bank1 I/O电平设为1.8V，勾选Uart1，用于通过串口查看程序打印信息；

将GPIO IP核的名字和端口名称修改为LED和SW。双击LED IP核，配置LED为输出，GPIO Width设置为8，对应8个LED灯，点击OK。双击SW IP核，配置SW为输入，GPIO Width设置为8，对应8个拨码开关，点击OK；

新建约束文件：右击Constraints → Add Sources → 点击Next—Create File，为文件命名，点击OK → Finish。根据EES331用户手册中LED和SW的管脚约束表，在PINS_SET.xdc中添加引脚与电平约束并保存；

生成顶层文件：先右击system → Generate Output Products → Generate，再右击system → Create HDL Wrapper → OK。Vivado会为IP子系统生成一个顶层文件，以便对该系统进行综合、实现并生成比特流；

工程配置完成，点击左下侧Generate Bitstream生成比特流，点击Yes → OK，等待比特流生成。若没有其他错误，比特流生成完成后直接关闭弹出的窗口或选择查看报告；

硬件工程设计好之后，可在以下窗口中看到系统分配给外设的地址。接下来将硬件工程导出到SDK，在SDK中进行软件编译与运行（注：不要单独打开SDK，是在VIVADO中导出）。VIVADO -> File → Export Hardware Design to SDK，导出硬件到SDK，打钩，包括比特流，点击OK；

打开SDK：File → Launch SDK → OK，进入SDK界面。在SDK中新建工程对LED和SW进行编程，实现相应功能。为新工程命名，并产生相应的BSP → 注意选Next → 选择空工程 → Finish；

在新建的工程中添加源文件，新建Source File或者Header File，为文件命名，注意要跟上文件类型.c或.h，点击Finish，在源文件中添加代码；

硬件和软件设计好之后，保存工程，接下来调试和运行程序，运行之前先把板子的上所有拨码开关拨到下面。使用USB线连接PC机和开发板J3端口（JTAG/PS_UART），打开板子开关，在Vivado中点击左下角Open Hardware Manager → Open target → Auto Connection；

若连接不上板子

重启板子或电脑：开关断开或按下板子上的复位按钮（LED和数码管旁边S3/POR(B5)）

杀进程：打开任务管理器------进程------hw_server.exe

下载比特流：点击Program device，在弹出的窗口中找到工程的比特流，比特流文件在工程中的路径为：project_name/project_name.runs/impl_1/system_wrapper.bit，如下图，点击Program下载比特流到板子。

若运行程序，则右击工程------Run As ------Launch on Hardware（GDB）

若调试程序，则右击工程------Debug As------Launch on Hardware（GDB）

查看串口打印：使用桌面串口工具Putty，设置波特率和端口号。

端口号查看方式：右击桌面电脑/计算机 → 管理 → 设备管理器 → 端口

若工程正确，可看到8个LED灯循环闪烁，向上拨动任意一个拨码开关时，流水灯运行到最后一个LD7时停止。

在配置好各个IP核，完成连线并且添加约束文件后，点击生成定成文件，随后生成比特流。此步骤是容易出现问题的步骤，主要原因可能是由于文件目录，以及前期的配置出现了问题。生成成功的结果如下所示：

至此硬件部分的配置结束，我们将Bit流导出到SDK中进行软件的编译和运行。代码已经给出，我们可以直接将其添加到工程中。

随后软件和硬件的配置工作都已经完成，我们将进行板级验证，使用USB线连接PC机和开发板J3端口，运行之前先把板子的上所有拨码开关拨到下面。在Vivado中连接板子。如果出现了连接不上的问题，是由于开发板，数据线，电脑USB接口的问题。此时可以将开关断开或按下板子上的复位按钮（LED和数码管旁边S3/POR(B5)），随后打开任务管理器将进程中的hw_server.exe结束。数次尝试后往往是开发板。数据线或者是USB接口的问题。

连接成功如下所示：

然后点击Program device，将Bit流上传到板子，在SDK中运行或者调试程序。我们可以看到LED灯循环闪烁，向上拨动任意一个拨码开关时，流水灯运行到LD7时停止。基本的结果如下所示：

程序运行后，我们可以通过串口工具查看程序的运行状态，串口号选择COM12或者COM11，波特率设置为115200，输出的语句已经在main函数中给出，由此可以查看程序的运行状态。

首先分析原有程序的功能，下图给出的是点亮LED流水灯函数的功能说明：

修改程序如下所示，以期达到流水灯的效果：

即首先点亮最后一个LED，随后逐次递减，由于环境中没有负数的概念，当Ledbit=0，再次执行Ledbit—会导致反向溢出，所以将判断条件改为：Ledbit