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FPGA System Design Primer
高教社&XILINX SOC竞赛培训系列课程
何宾
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何宾
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高等教育出版社
所有培训资料均可从网站
http://bucteda.eefocus.com下载
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北京中教仪装备技术有
限公司
基于AXI4的可编程SoC系统设计
(下)
培训内容
Xilinx片上可编程系统设计导论
AXI4规范
MicroBlaze处理器原理
EDK13.1工具概述
操作系统(OS)及板级支持包(BSP)概述
基于MicroBlaze和AXI4的可编程SoC系统实现
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片上可编程系统设计实验
--实验内容
介绍EDK13.1软件的使用方法和设计流程。
在介绍这部分内容时，使用捐赠的板卡Nexys3,该板卡
带有Xilinx最新一代的Spartan-6 FPGA芯片。
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片上可编程系统设计实验
--实验内容
该内容主要包括：
1. 工程的建立；
2. 添加AXI4 IP到硬件设计；
3. 定制LED IP,并添加IP到系统,编写应用程序；
4. 定制7段数码管 IP,并添加IP到系统,编写应用程序；
5. 定制PWM IP,并添加IP到系统,编写应用程序;
6. 实现AXI4中断控制系统；
7. 使用AXI4 Chipscope实现系统协同调试;
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实验二：添加IP到设计中
--设计结构原理
EMC:外部存储器控制器
M_AXI _IC
AXI-EMC
SRAM
AXI
Microblaze
M_AXI _DC
MBDEBUG
JTAG
MDM
这就是本实验要完成的部分
M_AXI _DP
AXI-Lite
DLMB
ILMB
LMB
BRAM
CNTLR
LMB
BRAM
CNTLR
GPIO
DIP
GPIO
PUSH
UART
RS-232
BRAM
使用BSB建立的最小系统结构
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实验二：添加IP到设计中
--打开前面的设计
在开始这个实验以前,先建立一个lab2的目录,将刚
才lab1下所有的文件复制到新建的lab2目录下.
这个实验基于lab1前面的设计实现,添加外部存储器
EMC到设计中,并对其进行测试.
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实验二：添加IP到设计中
--打开前面的设计
在Windows操作系统下，选择所有程序->Xilinx ISE
Design Suite13.1->EDK->Xilinx Platform Studio(XPS)。打
开EDK软件。
1）打开XPS，在XPS主界面选择File->Open Project，
出现下图界面。选择Open a recent project，然后单击ok按
钮。
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实验二：添加IP到设计中
--打开前面的设计
打开已经存在的工程,
选择该选项
点击”OK”按纽
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实验二：添加IP到设计中
--添加EMC IP到设计中
定位到所在目录的system.xmp文件
然后点击“Open”按纽
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实验二：添加IP到设计中
--添加EMC IP到设计中
选择Memory and Memory Controller,并展开
选择AXI External Memory Controller,并双击
选择IP Catalog标签
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实验二：添加IP到设计中
--添加EMC IP到设计中
• 点击“Yes”按钮。
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实验二：添加IP到设计中
--添加EMC IP到设计中
选择Common标签
修改值16
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实验二：添加IP到设计中
--添加EMC IP到设计中
选择Bank0标签
SRAM数据宽度设置为16
多个存储器访问设置为Ture
存储器类型选择异步存储器
点击“OK”按钮
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实验二：添加IP到设计中
--添加EMC IP到设计中
选择手动将IP加入到设计中
点击“OK”按钮
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实验二：添加IP到设计中
--配置MicroBlaze处理器
选择Bus Interface标签
选择Microblaze_0,点击鼠标右键，
选择Configure IP…
修改名字为Micron_RAM
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实验二：添加IP到设计中
--配置MicroBlaze处理器
选中使用指令和数据缓冲
点击“Next”按钮
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实验二：添加IP到设计中
--配置MicroBlaze处理器
点击“Next”按钮
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实验二：添加IP到设计中
--配置MicroBlaze处理器
点击“Next”按钮
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实验二：添加IP到设计中
--配置MicroBlaze处理器
选中使用指令缓存访问
选中使用数据缓存访问
点击“Next”按钮
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实验二：添加IP到设计中
--配置MicroBlaze处理器
点击“ok”按钮
点击“Next”按钮
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实验二：添加IP到设计中
--配置MicroBlaze处理器
多出两个接口
M_AXI_DC
M_AXI_IC
下面建立新的
端口连接
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实验二：添加IP到设计中
--配置MicroBlaze处理器
下拉框中选择New Connection
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实验二：添加IP到设计中
--配置MicroBlaze处理器
下拉框中选择axi_interconnect_0
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实验二：添加IP到设计中
--建立EMC和CPU的连接
选择axi_emc_0，并展开
鼠标左键点击，这个区域，弹出下面的
对话框
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实验二：添加IP到设计中
--建立EMC和CPU的连接
选择axi_interconnect_0
选中下面两个接口
点击“ok”按钮
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实验二：添加IP到设计中
--建立EMC和CPU的连接
emc通过AXI和CPU建立连接
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实验二：添加IP到设计中
--建立axi_interface互连时钟端口和复位端口的连接
下拉框中选择clk_100_000MHz
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实验二：添加IP到设计中
--建立axi_interface互连时钟端口和复位端口的连接
下拉框中选择proc_sys_reset_0_
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实验二：添加IP到设计中
--建立EMC和FPGA端口的连接
端口标签
下拉框中选择clk_50_000MHz
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实验二：添加IP到设计中
--建立EMC和FPGA端口的连接
下拉框中选择clk_50_000MHz
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实验二：添加IP到设计中
--建立EMC和FPGA端口的连接
下拉框中选择Make External
下拉框中选择Make External
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实验二：添加IP到设计中
--建立EMC和FPGA端口的连接
下拉框中选择Make External
下拉框中选择Make External
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实验二：添加IP到设计中
--建立EMC和FPGA端口的连接
下拉框中选择Make External
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实验二：添加IP到设计中
--建立EMC和FPGA端口的连接
下拉框中选择Make External
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实验二：添加IP到设计中
--建立EMC和FPGA端口连接(RAM多余端口处理)
在此处添加额外的端口
选择.mhs文件
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实验二：添加IP到设计中
--建立EMC和FPGA端口连接(RAM多余端口处理)
新添加的端口
新添加的端口
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实验二：添加IP到设计中
-分配EMC的存储空间
地址标签
鼠标点击该按纽
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实验二：添加IP到设计中
-分配EMC的存储空间
地址标签
基地址
高地址
大小
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实验二：添加IP到设计中
--添加逻辑端口和FPGA引脚的物理约束
选择system.ucf文件
添加用户约束到这里,为方便直接复制资
料所提供的约束部分
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实验二：添加IP到设计中
--新建工程的结构分析
BRAM
LMB控制器
LMB控制器
处理器
点击块图标签查看生成的块图
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实验二：添加IP到设计中
--新建工程的结构分析
axi_interconnect_0
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实验二：添加IP到设计中
--新建工程的结构分析
串口控制器
DIP控制器
按键控制器
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实验二：添加IP到设计中
--新建工程的结构分析
下一步,选择这个, 产生网表
想想这步完成的工作? –其实就是 把这个抽象的结构,
转换成门级网表的连接.
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实验二：添加IP到设计中
--新建工程的结构分析
这个过程需要持续一小部分时间,请等待,并且看
看控制台给出的综合信息.
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实验二：添加IP到设计中
--新建工程的结构分析
下一步,选择这个, 产生布局布线比特流文件
这个过程需要持续一小部分时间,请等待,并且看看
控制台给出的实现过程的信息.
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实验二：添加IP到设计中
--建立软件应用程序
选择输出硬件到SDK
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实验二：添加IP到设计中
--建立软件应用程序
选择输出和打开
SDK软件
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实验二：添加IP到设计中
--建立软件应用程序
定位路径到当前的
工程窗口
点击”OK按纽, 进入下一个界面
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实验二：添加IP到设计中
--建立软件应用程序
删除lab1建立的BSP
和应用程序工程
下面将添加设计的BSP
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实验二：添加IP到设计中
--建立软件应用程序
• 选择建立Xilinx BSP, 作用是各
种外设的软件驱动
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实验二：添加IP到设计中
--建立软件应用程序
BSP的工程名字
硬件平台的工程名字
点击”Finish”按纽, 进入下一个界面
BSP的名字
1) Xilkernel-Xilinx操作系统
2) Standalone-BSP
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实验二：添加IP到设计中
--建立软件应用程序
点击”OK”按纽, 进入下一个界面
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实验二：添加IP到设计中
--建立软件应用程序
SDK开始自
动编译BSP
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实验二：添加IP到设计中
--建立软件应用程序
BSP的各种文件
下面将添加SDK自动生成的
应用程序
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实验二：添加IP到设计中
--建立软件应用程序
生成新的C工程
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实验二：添加IP到设计中
--建立软件应用程序
工程名字
选择生成外设测试应用程序
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实验二：添加IP到设计中
--建立软件应用程序
点击”Next”按纽, 进入下一个界面
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实验二：添加IP到设计中
--建立软件应用程序
选择该选项,使用已经存在的BSP
点击”Finish”按纽, 进入下一个界面
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实验二：添加IP到设计中
--建立软件应用程序
打开并分析该文件
应用程序的各种文件
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实验二：添加IP到设计中
--建立软件应用程序
• 调用存储器测试程序
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实验二：添加IP到设计中
--建立软件应用程序
• 32位存储器测试, 写1k的32位数据0xAAAA5555,然后读取操作
• 16位存储器测试, 写2k的16位数据0xAA55,然后读取操作
• 8位存储器测试, 写4k的8位数据0xA5,然后读取操作
下面准备下载设计到芯片中
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实验二：添加IP到设计中
--生成链接脚本文件
• 选择产生链接脚本文件
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--生成链接脚本文件
点击”Browse”按纽
程序各段的分配情况
定位产生.ld文件的路径
选择保存
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选择生成
实验二：添加IP到设计中
--工程的下载
产生比特流文件并且下载到板子上。在下载前，指
令存储器（FPGA的BRAM）将被更新（使用GNU编译器
产生可执行的文件）。
使用下面的步骤完成设计下载和结果的观察：
连接Nexys3的USB线连接到主机的USB口
打开目标板的电源
打开主机的超级终端（在Windows操作系统的开始
->所有程序->附件->通信下），并且配置其参数,使其波特
率9600，数据位：8比特；无奇偶校验；一个停止位；无流
量控制。
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实验二：添加IP到设计中
--工程的下载
• 选择编程 FPGA选项
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实验二：添加IP到设计中
--工程的下载
比特流文件
块RAM映射文件
选择软件应用程序.elf文件
(即最终编译\连接后的文件
点击”Program”按纽, 进入
下一个界面
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实验二：添加IP到设计中
--工程的下载
•
等待编程成功,在超级终端上观察结果,同时在Nexys3板
卡上操作按键和DIP开关,观察打印信息的变化.
•
注意:如果前面没有选择生成链接脚本文件,则需要选择
RUN->RUN,来运行程序.
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实验二：添加IP到设计中
--debug调试器的使用
选择该选项,打开调试器界面
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实验二：添加IP到设计中
--debug调试器的使用
点击”yes”按钮
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实验二：添加IP到设计中
--debug调试器的使用
选择Memory标签
选择添加存储器监控
点
右健点击该区域
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实验二：添加IP到设计中
--debug调试器的使用
外部SRAM的基地址,将其复制到
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实验二：添加IP到设计中
--debug调试器的使用
复制到这个地方
点击”OK”按钮
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实验二：添加IP到设计中
--debug调试器的使用
选择查看其它
这就是对存储器的访问结果
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实验二：添加IP到设计中
--debug调试器的使用
单步,断点调试等都可以在此完成
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