【Vivado 2017开发板支持全攻略】：快速启动项目的捷径


# 摘要
本论文介绍了Xilinx Vivado 2017开发环境及其与开发板硬件的集成方法，详细探讨了如何通过Vivado进行高效项目管理、性能优化以及流水线和多核加速技术的应用。通过实践案例，展示了Vivado在高级接口使用和实战项目开发流程中的应用，以及在不同行业中开发板的优化策略。本文旨在为使用Vivado开发环境的工程师提供全面的指导和实践案例，帮助他们更好地利用Vivado进行FPGA设计与开发。

# 关键字
Vivado开发环境；硬件集成；项目管理；性能优化；流水线设计；多核加速技术

参考资源链接：[Vivado 2017 FPGA程序固化全面指南](https://wenku.csdn.net/doc/6412b4afbe7fbd1778d4072d?spm=1055.2635.3001.10343)
# 1. Vivado 2017开发环境简介

Xilinx推出的Vivado设计套件在2017年代表了FPGA设计的一个重大进步，它提供了一个现代化、模块化且高度集成的设计环境。本章将简要介绍Vivado 2017的基本功能和界面，以及其对于硬件设计工程师的重要意义。

## 1.1 Vivado界面和功能概述
Vivado设计套件的核心是集成设计环境（IDE），它将设计输入、仿真、综合、实现、调试等功能集于一体，极大地简化了整个FPGA设计流程。通过直观的图形用户界面（GUI），用户可以轻松管理设计项目，执行复杂的工程操作，而无需深入晦涩的命令行界面。

## 1.2 Vivado的创新特性
Vivado引入了基于块的设计方法和IP集成中心，工程师们可以利用这些特性快速构建复杂的设计。此外，它还提供了高级的仿真功能，例如系统C和高层次综合（HLS），这些工具对于设计高性能、低功耗的FPGA应用至关重要。

## 1.3 Vivado与传统工具的对比
与Vivado之前的版本Xilinx ISE相比，Vivado提供了更快的设计处理速度，更高效的资源利用，并支持更复杂的系统设计。其并行处理架构能够缩短设计实现的时间，而且在处理大量逻辑元件时性能表现更为出色。

Vivado的现代化设计流程，包括从项目创建、逻辑综合、实现到设备编程，使得设计人员能够更加专注于创新和优化，而不是被繁琐的设计工具操作所牵绊。对于追求效率和性能的现代FPGA开发者而言，Vivado 2017无疑是一个不可或缺的工具。

# 2. 开发板硬件与Vivado的集成

在现代数字系统设计中，FPGA（现场可编程门阵列）已成为重要的硬件平台，它提供硬件可编程性以实现高效和灵活的解决方案。Xilinx的Vivado设计套件提供了集成的设计环境，它允许从设计输入、综合、仿真到实现、调试的整个过程在同一个工具中完成。成功地将Vivado与开发板硬件集成，是实现高效设计和开发流程的基础。

## 开发板硬件架构概述

### 关键硬件组件

开发板的主要硬件组件包括FPGA芯片、内存、输入/输出接口、电源管理模块、时钟系统等。在硬件上设计和实现复杂的数字系统，首先需要对这些组件的功能和性能有充分理解。

- **FPGA芯片**：这是开发板的核心，提供可编程逻辑资源。FPGA的逻辑单元、输入/输出端口、存储资源和特定功能模块（如DSP单元和内存块）都基于设计需求来选择和使用。
- **内存**：包括SRAM、DDR、Flash等类型。内存组件被广泛用于存储数据和程序代码。
- **输入/输出接口**：支持各种标准的接口，如HDMI、USB、以太网等，以连接外部设备和网络。
- **电源管理模块**：为开发板上的各个组件提供稳定的电源。
- **时钟系统**：为设计提供精确的时钟信号。它可能包含可编程时钟发生器，用于生成多个时钟域。

### 硬件接口和标准

开发板与外部世界的连接依赖于硬件接口和相应的标准。这些标准包括但不限于HDMI、USB、GPIO（通用输入/输出）、SPI（串行外设接口）、I2C（两线串行总线）等。硬件设计时需要考虑以下因素：

- **电气特性**：包括电压水平、电流容量和信号完整性。
- **物理连接**：尺寸、布局和封装类型。
- **通信协议**：数据传输速率、协议规范和错误校验。
- **兼容性**：确保所选接口和标准与目标应用兼容。

## Vivado项目设置与配置

### 创建新项目

在Vivado中创建新项目是集成过程的第一步，它为硬件设计提供一个工作环境。创建项目的过程涉及选择适当的FPGA芯片，定义项目名称、位置和指定项目类型。

- 启动Vivado时，选择“Create New Project”。
- 在“New Project”向导中，依次完成如下步骤：
1. 输入项目名称和选择项目位置。
2. 选择项目类型，通常是RTL项目。
3. 添加或创建约束文件，如.xdc文件，用于定义管脚和时钟约束。
4. 指定目标FPGA设备型号和封装。
5. 选择加入Xilinx IP Catalog以便使用预设计的IP核心。

### 硬件约束文件(.xdc)的编写与应用

硬件约束文件是Xilinx的约束定义文件，用于指定FPGA芯片上的管脚分配以及定义时钟和其他信号属性。.xdc文件是与特定硬件紧密相关的，它的编写对于确保设计在硬件上的正确实现至关重要。

- **管脚分配**：定义FPGA引脚与外部设备的接口连接。
- **时钟约束**：定义时钟源和时钟域的特性，对时序分析和实现至关重要。
- **IO标准和电压约束**：设置FPGA管脚的电气特性，确保与外围设备的兼容性。

### IP集成与定制

在Vivado中，IP（Intellectual Property）是指预设计的、可复用的硬件功能模块。集成和定制IP可以加快开发流程，提高设计质量。

- **集成预置IP**：在Vivado的IP Catalog中查找需要的IP核心，并将其添加到项目中。
- **定制IP参数**：根据设计需求，设置IP的参数，如数据宽度、存储深度等。
- **IP封装**：定制IP后，需要生成相应的封装文件，以便在设计中调用。

## 硬件仿真环境搭建

### Vivado仿真工具介绍

仿真对于验证设计功能至关重要。Vivado提供了内置的仿真工具，包括仿真模型、测试平台构建器以及用于仿真和调试的界面。

- **仿真模型**：为所有预定义的IP核心和用户自定义的模块提供仿真支持。
- **测试平台构建器**：自动化生成测试平台模板，支持快速开始仿真测试。
- **仿真界面**：提供一个可视化的环境，用于观察信号波形、编辑和加载测试向量、执行仿真和调试。

### 测试平台(TB)的构建与使用

测试平台（Testbench，TB）是用于验证设计的环境，它包含输入信号激励和预期输出的参考，以供比较和分析。构建测试平台是确保设计符合要求的关键步骤。

- **定义激励信号**：为设计输入提供测试数据，模拟外部环境。
- **响应验证**：观察设计输出，与预期结果进行比较。
- **仿真运行**：加载设计和测试平台到仿真器，执行仿真过程，检查输出波形。

### 功能验证与调试技巧

功能验证是确保设计正确性的过程，而调试是找出和修正错误的过程。在Vi