本书由浅入深,由基础知识到实战案例向读者系统阐述了如何利用Zynq平台进行嵌入式系统以及软硬件协同设计的开发。本书分为基础篇与进阶篇两部分,基础篇中介绍了Zynq器件、ZedBoard,并配有简单入门实验,同时针对软件开发人员增设了FPGA硬件加速等内容。在进阶篇中介绍了利用Zynq进行软硬件协同设计,同时对处理器与可编程逻辑接口等技术进行了详细剖析。本书提供了20个详细的设计案例,涵盖了硬件板卡、FPGA逻辑、Linux驱动、Linux操作系统、上层应用、软硬件协同设计等Zynq开发中可能遇到的各个方面的知识,并在最后将前述独立案例整合为4个系统案例。本书重点突出实战,以案例为指导,配合介绍相关参考文档,协助读者尽快掌握在Zynq上进行各项设计的方法。 本书可作为Zynq初学者、软硬件协同设计开发人员的参考用书,亦可作为大专院校嵌入式系统设计、片上系统设计、可编程逻辑器件等相关专业的教师和学生的参考用书。 获取方法: 公众号:OpenFPGA 后台回复: 嵌入式系统软硬件协同设计实战指南 目录 · · · · · ·Foreword 前言 第一部分 基础篇 第1章 初试ZedBoard/2 1.1 GPIO LED动手玩/2 1.1.1 拷贝SD卡/2 1.1.2 跳线与外设连接/2 1.1.3 演示操作/2 1.2 Linaro Ubuntu动手玩/3 1.2.1 SD卡分区/3 1.2.2 文件拷贝(FAT/EXT)/6 1.2.3 外设连接/6 1.2.4 可演示的效果/7 第2章 Zynq平台介绍/9 2.1 7系列FPGA简介/9 2.2 Zynq-7000 AP SoC体系简介/12 第3章 ZedBoard开发环境/15 3.1 ZedBoard的板载外设/15 3.1.1 LED/15 3.1.2 按键/16 3.1.3 开关/16 3.1.4 OLED/17 3.1.5 USB接口/18 3.1.6 音频接口/20 3.1.7 VGA接口/21 3.1.8 HDMI接口/22 3.1.9 10/100/1000兆网口/23 3.2 ZedBoard的扩展外设/25 3.2.1 外扩PMod插座/25 3.2.2 外扩FMC插槽/27 3.2.3 外扩AMS插座/28 第4章 开发工具链/29 4.1 可编程逻辑开发工具链/29 4.1.1 PlanAhead/29 4.1.2 Xilinx Platform Studio/31 4.2 软件开发工具链/34 4.2.1 Xilinx Software Development Kit/34 4.2.2 交叉编译工具链/35 4.3 软硬件调试工具/36 4.3.1 ChipScope Pro/36 4.3.2 GDB与GDBserver/38 第5章 Zynq体系结构/40 5.1 应用处理器单元(APU)/40 5.1.1 ARM Cortex A9处理器/40 5.1.2 侦听控制单元(SCU)/43 5.1.3 L2高速缓存/44 5.1.4 APU接口/44 5.2 通用外设/46 5.2.1 通用IO(GPIO)/46 5.2.2 SPI接口/49 5.2.3 UART接口/51 5.2.4 计时器/54 5.2.5 USB控制器/57 5.2.6 DDR控制器/58 5.3 数字逻辑设计/59 5.3.1 可编程逻辑“外设”(PL)/59 5.3.2 XADC/61 5.3.3 PCIe/62 5.4 MIO/EMIO/63 第6章 系统级信号/66 6.1 电源管理/66 6.2 Clock信号/67 6.2.1 CPU时钟域/68 6.2.2 DDR时钟域/69 6.2.3 基本的时钟分支结构/69 6.2.4 I/O外设(IOP)时钟/70 6.2.5 PL时钟/72 6.2.6 其他时钟/72 6.3 复位系统/73 6.4 JTAG/75 6.5 中断处理/76 第7章 Zynq启动与配置/78 7.1 Zynq启动过程简介/78 7.2 外部启动条件/79 7.2.1 电源要求/79 7.2.2 时钟要求/79 7.2.3 复位要求/79 7.2.4 启动引脚设置/80 7.3 BootROM/80 7.3.1 BootROM的作用/80 7.3.2 BootROM的特点/81 7.3.3 BootROM后的状态/82 7.4 FSBL/82 7.5 SSBL/84 7.6 Linux启动过程/84 7.7 Secure Boot/86 第8章 面向软件工程师的逻辑设计/87 8.1 FPGA硬件加速原理/87 8.1.1 以空间换时间/87 8.1.2 以存储器换门电路/89 8.1.3 以IP集成换生产力/90 8.2 部分动态可重配置于Zynq/93 第9章 ZedBoard入门/95 9.1 UART和GPIO控制/95 9.1.1 UART和GPIO接口/95 9.1.2 硬件设计过程/96 9.1.3 软件设计过程/106 9.2 硬件/软件调试方法/112 9.2.1 ChipScope IP Core/112 9.2.2 SDK Gdb使用/115 9.3 搭建你的单板计算机(Single Board Computer)/117 9.3.1 搭建系统环境/118 9.3.2 准备工作/118 第二部分 进阶篇 第10章 基于虚拟平台的Zynq开发/126 10.1 QEMU介绍/126 10.2 编译QEMU源码/126 10.2.1 下载QEMU源码/126 10.2.2 配置QEMU/127 10.2.3 QEMU所依赖的库文件/127 10.2.4 编译QEMU/127 10.3 启动QEMU/127 10.4 QEMU中的嵌入式Linux/128 10.5 商业版虚拟平台/131 第11章 PL和PS的接口技术详解/132 11.1 PL和PS的接口/132 11.1.1 AXI接口简介/133 11.1.2 AXI Interconnect/134 11.2 Zynq的内部连接/137 11.2.1 AXI_HP/139 11.2.2 AXI_GP/140 11.2.3 AXI_ACP/140 11.3 PL和存储器系统性能概述/142 11.3.1 接口理论带宽/142 11.3.2 DDR控制器的吞吐率及其效率/143 11.3.3 内部互连吞吐量瓶颈/143 11.3.4 如何选择PL的接口/144 第12章 基于Zynq的软硬件协同设计/149 12.1 多核处理器架构简介/149 12.1.1 什么是多核处理器/149 12.1.2 多核处理器发展的动机和优势/150 12.1.3 同构、异构多核架构的优点和挑战/152 12.2 软硬件协同设计方法论/152 12.2.1 什么是软硬件协同设计/152 12.2.2 软硬件协同设计发展的动机和优势/152 12.2.3 软硬件协同设计的基本流程/153 12.2.4 基于Xilinx工具的软硬件协同设计简介/154 12.3 高层次综合/154 12.3.1 高层次综合综述/154 12.3.2 高层次综合发展的动机与优势/155 12.3.3 Xilinx AutoESL工具简介/156 12.4 基于Xilinx Zynq的软硬件协同设计实例/157 12.4.1 功能简介/157 12.4.2 设计流程简介/157 12.4.3 实验结果与验证/165 第13章 Zynq开发实战/166 13.1 用户IP设计/166 13.1.1 用户IPcore介绍/166 13.1.2 用户IPcore设计/167 13.2 嵌入式Linux设备驱动开发/180 13.2.1 设备驱动开发介绍/180 13.2.2 驱动程序的加载与卸载/181 13.2.3 sys文件系统简介/181 13.2.4 PWM模块驱动程序/182 13.2.5 PWM驱动程序编译与测试/184 13.3 构建嵌入式Linux系统/186 13.3.1 搭建系统环境/186 13.3.2 编译u-boot/186 13.3.3 编译内核与设备树/187 13.3.4 制作根文件系统/188 13.3.5 启动嵌入式Linux/192 13.4 HDMI设计/193 13.4.1 HDMI传输原理/193 13.4.2 ADV7511芯片的相关控制信号/195 13.4.3 设计过程/198 13.5 OpenCV移植/203 13.5.1 开发环境准备/203 13.5.2 配置cmake/203 13.5.3 OpenCV编译与安装/205 13.5.4 OpenCV移植与ZedBoard测试/206 13.6 基于OpenCV的树叶识别系统/207 13.6.1 项目总览/208 13.6.2 图像采集/208 13.6.3 预处理/209 13.6.4 特征提取/211 13.6.5 分类决策/216 13.6.6 总结/219 13.7 基于OpenCV的人脸识别系统/220 13.7.1 系统综述/220 13.7.2 基于Haar特征和Adaboost算法的人脸检测/220 13.7.3 系统设计与实现/222 13.7.4 总结/226 13.8 嵌入式Web服务器的移植与搭建/226 13.8.1 嵌入式Web服务器介绍/226 13.8.2 Boa服务器移植与配置/228 13.8.3 Boa服务器部署与测试/230 13.9 嵌入式网络摄像机的移植与搭建/233 13.9.1 嵌入式网络摄像机/233 13.9.2 mjpg-streamer的移植与架设/234 13.10 FreeRTOS实时操作系统的应用/238 13.10.1 FreeRTOS介绍/238 13.10.2 FreeRTOS与ucOS-Ⅱ的比较/239 13.10.3 FreeRTOS在Zynq上的应用实例与分析/239 13.10.4 基于FreeRTOS的Lwip/250 13.11 XADC的使用/250 13.11.1 建立硬件工程/252 13.11.2 软件工程设计/253 13.11.3 程序分析/255 13.12 基于Zynq的部分可重配置/256 13.12.1 可重配置系统介绍/256 13.12.2 可重配置的开发流程/257 13.12.3 小结/265 13.13 在Zynq上搭建Android简介/265 第14章 系统级设计案例/266 14.1 电机控制系统/266 14.1.1 双闭环控制器理论/266 14.1.2 双闭环系统/267 14.1.3 双闭环控制IP核说明/272 14.1.4 硬件实现过程/275 14.1.5 软件实现过程/285 14.1.6 硬件平台测试/286 14.2 智能家庭健康平台/287 14.2.1 智能家庭健康平台简介/287 14.2.2 EKG AFE模块硬件设计/287 14.2.3 Night EKG Controller IP设计/292 14.2.4 建立可运行Linux的完整系统/295 14.2.5 Night EKG Controller的Linux驱动设计/297 14.2.6 基于Qt的图形用户界面设计/299 14.2.7 在ZedBoard上运行Qt程序/308 14.2.8 实现软件开机自动运行/310 14.3 高性能视频处理系统设计/311 14.3.1 系统架构/312 14.3.2 硬件架构设计/313 14.3.3 软件架构设计/316 14.3.4 利用Vivado HLS实现Sobel滤波硬件/318 14.3.5 使系统在ZedBoard上运行/320 14.4 智能小车系统开发/320 14.4.1 智能小车系统结构/320 14.4.2 运动控制设计/323 14.4.3 Linux系统应用程序设计/326 14.4.4 智能小车平台的后续拓展/333 第15章 如何获取资料和帮助/334 15.1 如何获取Xilinx的技术文档/334 15.1.1 DocNav介绍/334 15.1.2 DocNav使用案例/334 15.2 如何找到Zynq开发资料/336 15.2.1 如何获取本书的最新例程/336 15.2.2 如何获取Zynq开发资料/337 15.2.3 如何获取ZedBoard文档与例程/337 15.3 Xilinx网站资源导读/338 15.3.1 序/338 15.3.2 Xilinx软件介绍/338 15.3.3 软件版本和软件更新/340 15.3.4 软件教程/341 15.3.5 硬件资料/343 15.3.6 参考资源/343 15.3.7 问题解决/344 附录A Xilinx开发套件版本14.1到14.3的主要升级变化/346 参考资料/353 ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 我们尊重原创,也注重分享,文章来源于微信公众号:OpenFPGA,建议关注公众号查看原文。如若侵权请联系qter@qter.org。 ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- |