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培训内容 • Xilinx片上可编程系统设计导论 • MicroBlaze处理器原理 • EDK工具概述 • 操作系统(OS)及板级支持包(BSP)概述 • 基于EDK10.1和MicroBlaze处理器的设计流程

片上可编程系统设计实验--实验内容 介绍EDK10.1SP3软件的使用方法和设计流程。在介绍这部分内容时，使用HEP的竞赛平台EXCD-1。该内容主要包括： • 1. 工程的建立； • 2. 添加IP到硬件设计； • 3. 添加定制IP到系统； • 4. 编写应用程序； • 5. 使用SDK工具； • 6. 设计的软件和硬件调试等部分。

片上可编程系统设计实验--实验内容 特别注意：在开始使用XILINX的EDK软件开始片上可编程系统开发前，需要将光盘中的名为HEP_excd2-500的板支持包文件夹复制到 D:\Xilinx\10.1\EDK\board\Xilinx\boards下

实验一：工程的建立--BSB向导概念 BSB向导帮助设计人员快速建立一个嵌入式系统工程。对于更复杂的工程，BSB向导提供基本的系统，通过这个系统设计人员可以定制完成嵌入式设计。为了高效率的建立工程，Xilinx推荐使用BSB向导。

实验一：工程的建立--BSB向导概念 基于设计人员选择的板子，设计人员通过BSB选择并配置基本的元素,比如：处理器类型、调试接口、缓存配置、存储器类型和大小、外设等。对于BSB不支持的目标系统，设计人员可以选择定制板选项。使用这个选项时，必须指定未来板子的硬件，并且要给出用户约束文件UCF。如果选择的是支持的目标板，BSB向导自动的加入 UCF文件。当退出BSB时，BSB所建立的MHS和MSS文件自动加入到XPS工程中，设计人员能在XPS中进行更进一步的设计。

实验一：工程的建立--BSB向导概念 BSB可以根据设计人员的要求产生一个或多个软件工程。每个工程包含能运行在硬件目标开发板上的简单的应用程序和链接脚本。

MDM ICON IBA LMB BRAM CNTLR LMB BRAM CNTLR BRAM GPIO UART PLB Timer INTC MicroBlaze Flash LEDs EMC CNTLR SRAM Switch MYIP 实验一：工程的建立--设计结构原理右图给出所设计系统的完整结构。所有实验流程都是基于这个设计结构完成的。

实验一：工程的建立--使用BSB向导 工程信息保存在XMP工程文件中。XMP文件包含：这个文件也包含FPGA的家族结构和类型。这部分主要介绍EDK处理嵌入式设计的控制细节。 • MHS文件； • MSS文件； • C代码； • 头文件；

实验一：工程的建立--使用BSB向导 在Windows操作系统下，选择所有程序->Xilinx ISE Design Suite10.1->EDK->Xilinx Platform Studio(XPS)。打开EDK软件。 • 1）打开XPS，在XPS主界面选择File->New Project，出现下图界面。选择Base System Builder Wizard (recommend)，然后单击ok按钮。

实验一：工程的建立--使用BSB向导

实验一：工程的建立--使用BSB向导 • 2）事先在某个目录下新建一个工程，用来存放例子的工程文件（比如本设计在E盘新建一个工程文件夹E:/labs/lab）。点击前页图所示的Browse按钮，定位到该工程文件夹下，默认的工程名为system.xmp。当完成后，单击ok。 • 3）出现如下图所示的Base System Builder-Welcome界面，选择Creat a new project。点击Next按钮。

实验一：工程的建立--使用BSB向导

实验一：工程的建立--使用BSB向导 • 4）如下图所示，出现Base System Builder-Select Board界面，在Board Vendor下拉框中选择Hep，在Board Name下拉框中选择Hep EXCD 2-500 Board 。在Board Revision下选择C（唯一选项），点击Next。

选择需要实验板子 实验一：工程的建立--使用BSB向导

实验一：工程的建立--使用BSB向导 • 5）出现Base System Builder-Select Processor界面，在Processor下选择MicroBlaze，单击Next。 • 6）出现下图所示的Base System Builder-Configure MicroBlaze Processor界面。

配置MicroBlaze界面 实验一：工程的建立--使用BSB向导 • Reference clock frequency： • 50.00MHz • Processor-bus Clock Frequency： • 50MHz • Processor configuration Debug I/F： • On-chip H/W debug module • Local Data and Instruction Memory： • 8KB • Cache Setup： • unchecked 上面的设置完成后单击 “Next”。

实验一：工程的建立--使用BSB向导 • 7）出现图所示的Base System Builder-Configure I/O Interfaces（1/2)界面和2/2界面，在这两个界面下只配置RS232_PORT，其余选项不选。给出下面的配置选项： • Peripheral：XPS_UARTLITE • Bandrate (bits per seconds)：9600 • Data bits：8 • Parity：NONE

实验一：工程的建立--使用BSB向导 串口设置

实验一：工程的建立--使用BSB向导 多通道外部存储器控制器存储器类型选择

实验一：工程的建立--使用BSB向导 • 11）出现Add Internal Peripheral界面后，不做任何操作，点击Next按钮。 • 12）出现图Base System Builder-Software Setup界面，在该界面不选择 Peripheral Selftest选项，点击Next按钮。

标准输入/输出，启动存储器设置 图 Software Setup界面实验一：工程的建立--使用BSB向导

指令存储器控制器 数据存储器控制器堆栈存储器控制器图配置存储器测试应用界面实验一：工程的建立--使用BSB向导 • 13）出现图Base System Builder-Configure Memory Test Appication界面，点击Next按钮。

图系统建立对话框 实验一：工程的建立--使用BSB向导 • 14）出现图所示的Base System Builder-System Created对话框，单击Generate按钮。

实验一：工程的建立--使用BSB向导 • 15）出现Base System Builder-Finish界面，单击Finish按钮。

实验一：工程的建立--新建工程的结构分析 • 在创建过程完成后，在XPS主窗口出现图System Assembly view1界面，该界面显示了系统中的外设和总线，以及系统的连接关系。 • 1．单击系统中每个外核模块旁的‘+’，将其展开可 • 以看到每个模块的详细的参数设置。比如外设和总线模块的连接关系： • debug_module与mb_plb总线连接； • dlmb_cntrl与dlmb总线连接； • RS232_PORT与mb_plb总线连接；

所用IP核及资源 实验一：工程的建立--新建工程的结构分析图 System Assembly view界面

实验一：工程的建立--新建工程的结构分析 • 2．点击Bus Interfaces旁边的Port标签，并展开每个IP实例旁的‘+’，将其展开，可以看到IP端口所连接的网络。比如： • 1)RS232_PORT的RX与网络fpga_0_RS232_PORT_RX 连接； • 2)RS232_PORT的TX与网络fpga_0_RS232_PORT_TX 连接；

实验一：工程的建立--新建工程的结构分析 • 3．点击Address标签，查看每个外设模块分配的基地址（Base address）和高地址（High address）空间： • 1)RS232_PORT基地址为：0x84000000，高地址为： 0x8400ffff • 2)dlmb_cntrl的基地址为：0x00000000，高地址为： 0x00001fff • 3)ilmb_cntrl的基地址为：0x00000000，高地址为： 0x00001fff • 4) Micron_RAM的基地址为：0x84100000，高地址为：0x841fffff

实验一：工程的建立--新建工程的结构分析 • 4．在主界面下选择Hardware ->Generate Netlist，或者在工具栏中单击图标，查看工程目录下所创建的子目录有：_xps，blkdigram，data，etc，hdl，implementation， pcores，microblaze_0，systhesis，TestApp_Memory。

实验一：工程的建立--新建工程的结构分析 • 5．单击Block Diagram标签，打开块图，如图观察设计中所用到的不同的元件。

实验一：工程的建立--新建工程的结构分析 • 6. 在XPS主界面的左侧项目管理界面下，单击 Project标签，然后单击Project File旁边的‘+’，双击mhs Files: system.mhs来打开该文件。硬件平台的描述被包含在MHS文件中。MHS文件是表示所设计的嵌入式系统的硬件元件的最主要文件。MHS文件以ASCII码形式存在。

实验一：工程的建立--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Hep EXCD -1的串口到主机的串口（如果主机无串口，可以通过USB-串口转换器来提供串口） • 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。

图超级终端的输出界面 实验一：工程的建立--工程的下载 • 产生XPS主界面下选择Hareware->Generate Bitstream菜单，产生比特流文件； • 产生XPS主界面下选择Device Configuration- >Download Bitstream，完成下载过程，在下图将看到下面的界面。

实验二：添加IP到硬件设计--实验内容 该节通过XPS将为一个已经存在的处理器系统添加额外的IP。从IP Catalog标签添加GPIO外设和Hep EXCD板子的8位LED灯连接。当建立完成后，产生比特流，并对外设进行测试。

实验二：添加IP到硬件设计--打开工程 　　创建lab2文件夹，并且复制lab1文件夹的内容到lab2。启动XPS，并且打开工程文件。 • 1．在E:\labs目录下，创建lab2文件夹，并且从文件夹lab1复制内容到文件夹lab2； • 2．在开始->所有程序->Xilinx ISE Design Suite 10.1->Platform Studio->Xilinx Platform Studio，打开XPS； • 3．选择打开已经存在的工程(Open project)，定位到E:\labs \lab2； • 4．点击system.xmp打开工程。

实验二：添加IP到硬件设计--添加和配置GPIO外设实验二：添加IP到硬件设计--添加和配置GPIO外设通过System Assbmbly View窗口（XPS主界面的左边的工程管理窗口）从IP catalog to标签下添加一个XPS GPIO 外设实例。 XPS提供了两种添加外设到已经存在工程的方法。在这里使用第1种方法，在XPS的主界面添加IP核；另一种方法是手工编辑MHS文件。 • 1．如下图所示，在XPS的主界面左面的窗口中选择 IP Catalog标签，并且点击General Purpoe IO旁的‘+’，展开该选项。

图添加IP核后的XPS的主界面 实验二：添加IP到硬件设计--添加和配置GPIO外设 • 2．双击XPS General Purpose IO，添加一个实例XPS • 主界面。

实验二：添加IP到硬件设计--添加和配置GPIO外设实验二：添加IP到硬件设计--添加和配置GPIO外设 • 3．将实例名字改为LEDs_8Bit（通过在名字栏点击一次，输入名字即可）。 • 4．如下图，单击Bus Connection栏下的LEDs_8 Bit实例，将其作为从设备连接到PLB，选择mb_plb。

图添加总线连接到外设 实验二：添加IP到硬件设计--添加和配置GPIO外设

实验二：添加IP到硬件设计--添加和配置GPIO外设实验二：添加IP到硬件设计--添加和配置GPIO外设 • 5．选择Addresses过滤器，可以为外设手工分配基地址和外设的大小或者让XPS产生地址。 • 6．点击Generate Addresses（位于该行标签的最右边），自动的为系统的外设产生基地址和高地址。下图给出了外设的存储器映射图。

实验二：添加IP到硬件设计--添加和配置GPIO外设实验二：添加IP到硬件设计--添加和配置GPIO外设图外设的存储器映射图

实验二：添加IP到硬件设计--添加和配置GPIO外设实验二：添加IP到硬件设计--添加和配置GPIO外设在板子上有8个LED灯，可以通过下面操作将8个LED 灯连接到FPGA的指定端口上。 • 1．在XPS的主界面下选择port标签； • 2．双击LEDs_8Bit实例来访问配置窗口；该外设有两个通道可以配置，但只配置一个，另外一个不被选中。 • 3．如下图所示，点击GPIO Data Channel Width箭头，将其设置为8，表示使用板上的8个LED灯。

GPIO数据宽度选择 GPIO支持中断选择图 GPIO的参数配置实验二：添加IP到硬件设计--添加和配置GPIO外设

输入选择 双向选择数据输出默认值三态输出默认值图可配置的参数界面实验二：添加IP到硬件设计--添加和配置GPIO外设 • 4．如下图所示，下一步点击channel1，设置channel 1 is Bi-directional为false，并且channel1 is input only为false，点击ok。

实验二：添加IP到硬件设计--产生外部GPIO连接 连接LEDs_8Bit实例与Hep EXCD -1板上的8个LED 灯。为了实现这个目的必须建立GPIO数据端口作为外部的FPGA的引脚，并使用UCF文件将其分配到FPGA正确的位置上。下面给出了实现这一目标的步骤： • 1．将LEDs_8Bit实例的GPIO_d_out端口设置为 make External。

实验二：添加IP到硬件设计--产生外部GPIO连接 如下图，LEDs_8Bit实例和FPGA的引脚连接。

实验二：添加IP到硬件设计--产生外部GPIO连接 • 2．在Project标签下，点击UCF File文件，添加代码为LEDs_8Bit分配FPGA上的物理引脚（从source目录拷贝lab2 .ucf）。代码如右图所示。

实验二：添加IP到硬件设计--产生外部GPIO连接 • 3．保存ucf文件打开system.mhs文件，对该文件进行分析。然后双击 system.mhs文件，打开它，对其外部特性进行分析：

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