ZYNQ-7000串口SOC设计实战指南

本文档详细介绍了如何手把手学习基于ZYNQ-7000的串口系统级芯片（SOC）设计。实验旨在通过实践帮助读者掌握ZYNQ-7000与外设间通过AXI总线进行通信的设计方法，特别是涉及到串口的集成。实验使用了Vivado 2018.3作为设计工具，配合串口调试工具如USB转串口FT232转接板以及米联电子MZ7035FA开发板。 在ZYNQ-7000的串口SOC设计中，关键步骤包括： 1. **新建Vivado工程**：首先创建一个面向SOC的Vivado工程，硬件平台选定为米联电子MZ7035FA开发板，其核心芯片为XC7Z035FFG676-2。 2. **封装AXI接口串口IP**：在Vivado中，通过"Tool" > "Create and Package IP"来创建并封装串口IP。这一步涉及定制串口数量，并编辑Uart_IP文件，包括顶层文件和具体实现文件。 3. **编辑顶层例化文件**：顶层文件需要引出串口所需的所有外部接口，通常包括TX、RX、时钟和控制信号等，以便于与ZYNQ-7000进行通信。 4. **编辑底层实现文件**：在这个阶段，需要将串口的协议通信实现与AXI总线接口结合，将串口的寄存器数据挂载到AXI总线上。 5. **添加串口FPGA文件**：将预先准备好的串口FPGA文件集成到设计中，提供串口协议的具体实现。 6. **封包IP**：完成上述步骤后，进行IP封装，通过"Packaging Steps"逐项确认，生成封装后的IP核，以供后续使用。 7. **搭建SOC**：在原工程中，将封装的串口IP与ZYNQ7000 IP核整合，配置ZYNQ核的时钟和DDR参数。 8. **添加约束文件**：定义串口的物理管脚映射，确保发送和接收信号能正确连接到开发板上的相应引脚，如AF13和AF14。 9. **生成顶层Wrapper文件**：最后，生成整合了所有IP的顶层Wrapper文件，这个文件是整个设计的入口点，连接了硬件和软件部分。 ZYNQ-7000是Xilinx公司的一款高度集成的系统级芯片，集成了ARM Cortex-A9双核处理器与可编程逻辑（PL），提供高性能的处理能力和灵活的硬件定制能力。AXI（Advanced eXtensible Interface）总线是ZYNQ中的关键通信协议，它允许不同速度和复杂度的IP核高效地共享数据。通过AXI，设计者可以将串口、内存、以及其他外设无缝连接到ZYNQ的处理系统。 在实际设计中，理解AXI总线的工作原理和时序特性至关重要，因为它是实现ZYNQ SOC设计的基础。此外，熟悉Vivado工具的使用和开发流程，以及对硬件描述语言（如VHDL或Verilog）的理解，也是成功设计的关键。通过这个实验，读者不仅可以掌握ZYNQ-7000串口设计，还能深入了解嵌入式系统的硬件-software协同设计。