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本書是作者在已經(jīng)出版的 《Xilinx Zynq-7000嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)：基于ARM Cortex-A9雙核處理器和Vivado的設(shè)計(jì)方法》 一書的基礎(chǔ)上進(jìn)行修訂而成的。 本書新修訂后內(nèi)容增加到30章。修訂后，本書的一大特色就是加入了Arm架構(gòu)及分類、使用PetaLinux工具在Zynq-7000 SoC上搭建Ubuntu操作系統(tǒng)，以及在Ubuntu操作系統(tǒng)環(huán)境下搭建Python語言開發(fā)環(huán)境，并使用Python語言開發(fā)應(yīng)用程序的內(nèi)容。本書修訂后。進(jìn)一步降低了讀者學(xué)習(xí)Arm Cortex-A9嵌入式系統(tǒng)的門檻，并引入了在Zynq-7000 SoC上搭建Ubuntu操作系統(tǒng)的新方法。此外，將流行的Python語言引入到Arm嵌入式系統(tǒng)中，進(jìn)一步拓寬了在Arm嵌入式系統(tǒng)上開發(fā)應(yīng)用程序的方法。

作者簡(jiǎn)介

著名的嵌入式技術(shù)和EDA技術(shù)專家，長(zhǎng)期從事電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化方面的教學(xué)和科研工作，與全球多家知名的半導(dǎo)體廠商和EDA工具廠商大學(xué)計(jì)劃保持緊密合作。目前已經(jīng)出版嵌入式和EDA方面的著作近60部，內(nèi)容涵蓋電路仿真、電路設(shè)計(jì)、可編程邏輯器件、數(shù)字信號(hào)處理、單片機(jī)、嵌入式系統(tǒng)、片上可編程系統(tǒng)等。典型的代表作有《Xilinx FPGA設(shè)計(jì)**指南》、《Altium Designer13.0電路設(shè)計(jì)、仿真與驗(yàn)證**指南》、《Xilinx FPGA數(shù)字設(shè)計(jì)：從門級(jí)到行為級(jí)的雙重描述》、《Xilinx FPGA數(shù)字信號(hào)處理**指南：從HDL、模型到C的描述》、《STC單片機(jī)原理及應(yīng)用》、《Altium Designer15.0電路仿真、設(shè)計(jì)、驗(yàn)證與工藝實(shí)現(xiàn)**指南》、《STC單片機(jī)C語言程序設(shè)計(jì)》、《Cypress WICED物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)指南：從傳感器、無線接入到云端的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)》，以及《模擬電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)指南（基礎(chǔ)篇）：從半導(dǎo)體、分立元件到ADI集成電路的分析與實(shí)現(xiàn)》。

目錄

目 錄
第 章 Zynq - 7000 SoC設(shè)計(jì)導(dǎo)論 1
1．1 全可編程片上系統(tǒng)基礎(chǔ)知識(shí) 1
1．1．1 全可編程片上系統(tǒng)的演進(jìn) 1
1．1．2 SoC與MCU和CPU的比較 3
1．1．3 全可編程SoC誕生的背景 4
1．1．4 可編程SoC系統(tǒng)技術(shù)特點(diǎn) 5
1．1．5 全可編程片上系統(tǒng)中的處理器類型 5
1．2 Arm架構(gòu)及分類 6
1．2．1 M - Profile 7
1．2．2 R - Profile 9
1．2．3 A - Profile 10
1．3 Zynq - 7000 SoC功能和結(jié)構(gòu) 11
1．3．1 Zynq - 7000 SoC產(chǎn)品分類及資源 12
1．3．2 Zynq - 7000 SoC的功能 12
1．3．3 Zynq - 7000 SoC處理系統(tǒng)PS的構(gòu)成 14
1．3．4 Zynq - 7000 SoC可編程邏輯PL的構(gòu)成 19
1．3．5 Zynq - 7000 SoC內(nèi)的互聯(lián)結(jié)構(gòu) 20
1．3．6 Zynq - 7000 SoC的供電引腳 22
1．3．7 Zynq - 7000 SoC內(nèi)MIO到EMIO的連接 23
1．3．8 Zynq - 7000 SoC內(nèi)為PL分配的信號(hào) 28
1．4 Zynq - 7000 SoC在嵌入式系統(tǒng)中的優(yōu)勢(shì) 30
1．4．1 使用PL實(shí)現(xiàn)軟件算法 30
1．4．2 降低功耗 32
1．4．3 實(shí)時(shí)減負(fù) 33
1．4．4 可重配置計(jì)算 34
第 章 AMBA規(guī)范 35
2．1 AMBA規(guī)范及發(fā)展 35
2．1．1 AMBA 1 36
2．1．2 AMBA 2 36
2．1．3 AMBA 3 36
2．1．4 AMBA 4 37
2．1．5 AMBA 5 38
2．2 AMBA APB規(guī)范 40
2．2．1 AMBA APB寫傳輸 40
2．2．2 AMBA APB讀傳輸 42
2．2．3 AMBA APB錯(cuò)誤響應(yīng) 43
2．2．4 操作狀態(tài) 44
2．2．5 AMBA 3 APB信號(hào) 44
2．3 AMBA AHB規(guī)范 45
2．3．1 AMBA AHB結(jié)構(gòu) 45
2．3．2 AMBA AHB操作 46
2．3．3 AMBA AHB傳輸類型 48
2．3．4 AMBA AHB猝發(fā)操作 50
2．3．5 AMBA AHB傳輸控制信號(hào) 53
2．3．6 AMBA AHB地址譯碼 54
2．3．7 AMBA AHB從設(shè)備傳輸響應(yīng) 55
2．3．8 AMBA AHB數(shù)據(jù)總線 58
2．3．9 AMBA AHB傳輸仲裁 59
2．3．10 AMBA AHB分割傳輸 64
2．3．11 AMBA AHB復(fù)位 67
2．3．12 關(guān)于AHB數(shù)據(jù)總線的位寬 67
2．3．13 AMBA AHB接口設(shè)備 68
2．4 AMBA AXI4規(guī)范 69
2．4．1 AMBA AXI4概述 69
2．4．2 AMBA AXI4功能 70
2．4．3 AMBA AXI4互聯(lián)結(jié)構(gòu) 78
2．4．4 AXI4 - Lite功能 79
2．4．5 AXI4 - Stream功能 80
第 章 Zynq - 7000系統(tǒng)公共資源及特性 83
3．1 時(shí)鐘子系統(tǒng) 83
3．1．1 時(shí)鐘子系統(tǒng)架構(gòu) 83
3．1．2 CPU時(shí)鐘域 84
3．1．3 時(shí)鐘編程實(shí)例 86
3．1．4 時(shí)鐘子系統(tǒng)內(nèi)的生成電路結(jié)構(gòu) 87
3．2 復(fù)位子系統(tǒng) 91
3．2．1 復(fù)位子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和層次 92
3．2．2 復(fù)位流程 93
3．2．3 復(fù)位的結(jié)果 94
第 章 Zynq調(diào)試和測(cè)試子系統(tǒng) 95
4．1 JTAG和DAP子系統(tǒng) 95
4．1．1 JTAG和DAP子系統(tǒng)功能 97
4．1．2 JTAG和DAP子系統(tǒng)I/O信號(hào) 99
4．1．3 編程模型 99
4．1．4 Arm DAP控制器 101
4．1．5 跟蹤端口接口單元（TPIU） 102
4．1．6 Xilinx TAP控制器 102
4．2 CoreSight系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及功能 103
4．2．1 CoreSight結(jié)構(gòu)概述 103
4．2．2 CoreSight系統(tǒng)功能 104
第 章 Cortex - A9處理器及指令集 107
5．1 應(yīng)用處理單元概述 107
5．1．1 基本功能 107
5．1．2 系統(tǒng)級(jí)視圖 108
5．2 Cortex - A9處理器結(jié)構(gòu) 110
5．2．1 處理器模式 111
5．2．2 寄存器 113
5．2．3 流水線 118
5．2．4 分支預(yù)測(cè) 118
5．2．5 指令和數(shù)據(jù)對(duì)齊 119
5．2．6 跟蹤和調(diào)試 121
5．3 Cortex - A9處理器指令集 122
5．3．1 指令集基礎(chǔ) 122
5．3．2 數(shù)據(jù)處理操作 125
5．3．3 存儲(chǔ)器指令 130
5．3．4 分支 131
5．3．5 飽和算術(shù) 133
5．3．6 雜項(xiàng)指令 134
第 章 Cortex - A9片上存儲(chǔ)器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能 138
6．1 L1高速緩存 138
6．1．1 高速緩存背景 138
6．1．2 高速緩存的優(yōu)勢(shì)和問題 139
6．1．3 存儲(chǔ)器層次 140
6．1．4 高速緩存結(jié)構(gòu) 140
6．1．5 緩存策略 145
6．1．6 寫和取緩沖區(qū) 147
6．1．7 緩存性能和命中速度 147
6．1．8 無效和清除緩存 147
6．1．9 一致性點(diǎn)和統(tǒng)一性點(diǎn) 149
6．1．10 Zynq - 7000中Cortex - A9 L1高速緩存的特性 151
6．2 存儲(chǔ)器順序 153
6．2．1 普通、設(shè)備和強(qiáng)順序存儲(chǔ)器模型 154
6．2．2 存儲(chǔ)器屬性 155
6．2．3 存儲(chǔ)器屏障 155
6．3 存儲(chǔ)器管理單元 159
6．3．1 MMU功能描述 160
6．3．2 虛擬存儲(chǔ)器 161
6．3．3 轉(zhuǎn)換表 162
6．3．4 頁表入口域的描述 165
6．3．5 TLB構(gòu)成 167
6．3．6 存儲(chǔ)器訪問順序 169
6．4 偵聽控制單元 170
6．4．1 地址過濾 171
6．4．2 SCU主設(shè)備端口 171
6．5 L2高速緩存 171
6．5．1 互斥L2 - L1高速緩存配置 173
6．5．2 高速緩存替換策略 174
6．5．3 高速緩存鎖定 174
6．5．4 使能/禁止L2高速緩存控制器 176
6．5．5 RAM訪問延遲控制 176
6．5．6 保存緩沖區(qū)操作 176
6．5．7 在Cortex - A9和L2控制器之間的優(yōu)化 177
6．5．8 預(yù)取操作 178
6．5．9 編程模型 179
6．6 片上存儲(chǔ)器 180
6．6．1 片上存儲(chǔ)器概述 180
6．6．2 片上存儲(chǔ)器功能 181
6．7 系統(tǒng)地址分配 186
6．7．1 地址映射 186
6．7．2 系統(tǒng)總線主設(shè)備 188
6．7．3 I/O外設(shè) 188
6．7．4 SMC存儲(chǔ)器 188
6．7．5 SLCR寄存器 188
6．7．6 雜項(xiàng)PS寄存器 189
6．7．7 CPU私有寄存器 189
第 章 Zynq - 7000 SoC的Vivado基本設(shè)計(jì)流程 190
7．1 創(chuàng)建新的工程 190
7．2 使用IP集成器創(chuàng)建處理器系統(tǒng) 192
7．3 生成頂層HDL并導(dǎo)出設(shè)計(jì)到SDK 197
7．4 創(chuàng)建應(yīng)用測(cè)試程序 199
7．5 設(shè)計(jì)驗(yàn)證 202
7．5．1 驗(yàn)證前的硬件平臺(tái)準(zhǔn)備 202
7．5．2 設(shè)計(jì)驗(yàn)證的具體實(shí)現(xiàn) 203
7．6 SDK調(diào)試工具的使用 205
7．6．1 打開前面的設(shè)計(jì)工程 205
7．6．2 導(dǎo)入工程到SDK 205
7．6．3 建立新的存儲(chǔ)器測(cè)試工程 205
7．6．4 運(yùn)行存儲(chǔ)器測(cè)試工程 206
7．6．5 調(diào)試存儲(chǔ)器測(cè)試工程 207
7．7 SDK性能分析工具 209
第 章 Arm GPIO的原理和控制實(shí)現(xiàn) 213
8．1 GPIO模塊原理 213
8．1．1 GPIO接口及功能 214
8．1．2 GPIO編程流程 217
8．1．3 I/O接口 218
8．1．4 部分寄存器說明 218
8．1．5 底層讀/寫函數(shù)說明 220
8．1．6 GPIO的API函數(shù)說明 220
8．2 Vivado環(huán)境下MIO讀/寫控制的實(shí)現(xiàn) 221
8．2．1 調(diào)用底層讀/寫函數(shù)編寫GPIO應(yīng)用程序 221
8．2．2 調(diào)用API函數(shù)編寫控制GPIO應(yīng)用程序 224
8．3 Vivado環(huán)境下EMIO讀/寫控制的實(shí)現(xiàn) 226
8．3．1 調(diào)用底層讀/寫函數(shù)編寫GPIO應(yīng)用程序 227
8．3．2 調(diào)用API函數(shù)編寫控制GPIO應(yīng)用程序 232
第 章 Cortex - A9異常與中斷原理及實(shí)現(xiàn) 236
9．1 異常原理 236
9．1．1 異常類型 237
9．1．2 異常處理 241
9．1．3 其他異常句柄 242
9．1．4 Linux異常程序流 243
9．2 中斷原理 244
9．2．1 外部中斷請(qǐng)求 244
9．2．2 Zynq - 7000 SoC內(nèi)的中斷環(huán)境 247
9．2．3 中斷控制器的功能 248
9．3 Vivado環(huán)境下中斷系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn) 252
9．3．1 Cortex - A9處理器中斷及異常初始化流程 252
9．3．2 Cortex - A9 GPIO控制器初始化流程 252
9．3．3 導(dǎo)出硬件設(shè)計(jì)到SDK 253
9．3．4 創(chuàng)建新的應(yīng)用工程 253
9．3．5 運(yùn)行應(yīng)用工程 256
第 章 Cortex - A9定時(shí)器原理及實(shí)現(xiàn) 257
10．1 定時(shí)器系統(tǒng)架構(gòu) 257
10．1．1 CPU私有定時(shí)器和看門狗定時(shí)器 257
10．1．2 全局定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 258
10．1．3 系統(tǒng)級(jí)看門狗定時(shí)器 259
10．1．4 3重定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 261
10．1．5 I/O信號(hào) 264
10．2 Vivado環(huán)境下定時(shí)器的控制實(shí)現(xiàn) 264
10．2．1 打開前面的設(shè)計(jì)工程 265
10．2．2 創(chuàng)建SDK軟件工程 265
10．2．3 運(yùn)行軟件應(yīng)用工程 267
第 章 Cortex - A9 DMA控制器原理及實(shí)現(xiàn) 268
11．1 DMA控制器架構(gòu) 268
11．2 DMA控制器功能 271
11．2．1 考慮AXI交易的因素 272
11．2．2 DMA管理器 273
11．2．3 多通道數(shù)據(jù)FIFO（MFIFO） 274
11．2．4 存儲(chǔ)器―存儲(chǔ)器交易 274
11．2．5 PL外設(shè)AXI交易 274
11．2．6 PL外設(shè)請(qǐng)求接口 275
11．2．7 PL外設(shè)長(zhǎng)度管理 276
11．2．8 DMAC長(zhǎng)度管理 277
11．2．9 事件和中斷 278
11．2．10 異常終止 278
11．2．11 安全性 280
11．2．12 IP配置選項(xiàng) 282
11．3 DMA控制器編程指南 282
11．3．1 啟動(dòng)控制器 282
11．3．2 執(zhí)行DMA傳輸 282
11．3．3 中斷服務(wù)例程 282
11．3．4 寄存器描述 283
11．4 DMA引擎編程指南 284
11．4．1 寫微代碼編程用于AXI交易的CCRx 284
11．4．2 存儲(chǔ)器到存儲(chǔ)器傳輸 284
11．4．3 PL外設(shè)DMA傳輸長(zhǎng)度管理 287
11．4．4 使用一個(gè)事件重新啟動(dòng)DMA通道 289
11．4．5 中斷一個(gè)處理器 289
11．4．6 指令集參考 290
11．5 編程限制 291
11．6 系統(tǒng)功能之控制器復(fù)位配置 292
11．7 I/O接口 293
11．7．1 AXI主接口 293
11．7．2 外設(shè)請(qǐng)求接口 293
11．8 Vivado環(huán)境下DMA傳輸?shù)膶?shí)現(xiàn) 294
11．8．1 DMA控制器初始化流程 295
11．8．2 中斷控制器初始化流程 295
11．8．3 中斷服務(wù)句柄處理流程 296
11．8．4 導(dǎo)出硬件設(shè)計(jì)到SDK 296
11．8．5 創(chuàng)建新的應(yīng)用工程 297
11．8．6 運(yùn)行軟件應(yīng)用工程 303
第 章 Cortex - A9安全性擴(kuò)展 305
12．1 TrustZone硬件架構(gòu) 305
12．1．1 多核系統(tǒng)的安全性擴(kuò)展 307
12．1．2 普通世界和安全世界的交互 307
12．2 Zynq - 7000 APU內(nèi)的TrustZone 308
12．2．1 CPU安全過渡 309
12．2．2 CP15寄存器訪問控制 310
12．2．3 MMU安全性 310
12．2．4 L1緩存安全性 311
12．2．5 安全異?？刂?311
12．2．6 CPU調(diào)試TrustZone訪問控制 311
12．2．7 SCU寄存器訪問控制 312
12．2．8 L2緩存中的TrustZone支持 312
第 章 Cortex - A9 NEON原理及實(shí)現(xiàn) 313
13．1 SIMD 313
13．2 NEON架構(gòu) 315
13．2．1 與VFP的共性 315
13．2．2 數(shù)據(jù)類型 316
13．2．3 NEON寄存器 316
13．2．4 NEON指令集 318
13．3 NEON C編譯器和匯編器 319
13．3．1 向量化 319
13．3．2 檢測(cè)NEON 319
13．4 NEON優(yōu)化庫 320
13．5 SDK工具提供的優(yōu)化選項(xiàng) 321
13．6 使用NEON內(nèi)聯(lián)函數(shù) 324
13．6．1 NEON數(shù)據(jù)類型 325
13．6．2 NEON內(nèi)聯(lián)函數(shù) 325
13．7 優(yōu)化NEON匯編器代碼 327
13．8 提高存儲(chǔ)器訪問效率 328
13．9 自動(dòng)向量化實(shí)現(xiàn) 329
13．9．1 導(dǎo)出硬件設(shè)計(jì)到SDK 329
13．9．2 創(chuàng)建新的應(yīng)用工程 330
13．9．3 運(yùn)行軟件應(yīng)用工程 331
13．10 NEON匯編代碼實(shí)現(xiàn) 331
13．10．1 導(dǎo)出硬件設(shè)計(jì)到SDK 331
13．10．2 創(chuàng)建新的應(yīng)用工程 332
13．10．3 運(yùn)行軟件應(yīng)用工程 333
第 章 Cortex - A9外設(shè)模塊結(jié)構(gòu)及功能 334
14．1 DDR存儲(chǔ)器控制器 334
14．1．1 DDR存儲(chǔ)器控制器接口及功能 335
14．1．2 AXI存儲(chǔ)器接口 337
14．1．3 DDR核和交易調(diào)度器 338
14．1．4 DDRC仲裁 338
14．1．5 DDR存儲(chǔ)器控制器PHY 340
14．1．6 DDR初始化和標(biāo)定 340
14．1．7 糾錯(cuò)碼 341
14．2 靜態(tài)存儲(chǔ)器控制器 342
14．2．1 靜態(tài)存儲(chǔ)器控制器接口及功能 343
14．2．2 靜態(tài)存儲(chǔ)器控制器和存儲(chǔ)器的信號(hào)連接 344
14．3 四 - SPI Flash控制器 345
14．3．1 四 - SPI Flash控制器功能 347
14．3．2 四 - SPI Flash控制器反饋時(shí)鐘 349
14．3．3 四 - SPI Flash控制器接口 349
14．4 SD/SDIO外設(shè)控制器 351
14．4．1 SD/SDIO控制器功能 352
14．4．2 SD/SDIO控制器傳輸協(xié)議 353
14．4．3 SD/SDIO控制器端口信號(hào)連接 356
14．5 USB主機(jī)、設(shè)備和OTG控制器 356
14．5．1 USB控制器接口及功能 358
14．5．2 USB主機(jī)操作模式 361
14．5．3 USB設(shè)備操作模式 363
14．5．4 USB OTG操作模式 365
14．6 吉比特以太網(wǎng)控制器 365
14．6．1 吉比特以太網(wǎng)控制器接口及功能 367
14．6．2 吉比特以太網(wǎng)控制器接口編程向?qū)?368
14．6．3 吉比特以太網(wǎng)控制器接口信號(hào)連接 372
14．7 SPI控制器 373
14．7．1 SPI控制器的接口及功能 374
14．7．2 SPI控制器時(shí)鐘設(shè)置規(guī)則 376
14．8 CAN控制器 376
14．8．1 CAN控制器接口及功能 377
14．8．2 CAN控制器操作模式 379
14．8．3 CAN控制器消息保存 380
14．8．4 CAN控制器接收過濾器 381
14．8．5 CAN控制器編程模型 382
14．9 UART控制器 383
14．10 I2C控制器 387
14．10．1 I2C速度控制邏輯 388
14．10．2 I2C控制器的功能和工作模式 388
14．11 XADC轉(zhuǎn)換器接口 390
14．11．1 XADC轉(zhuǎn)換器接口及功能 391
14．11．2 XADC命令格式 392
14．11．3 供電傳感器報(bào)警 392
14．12 PCI - E接口 393
第 章 Zynq - 7000內(nèi)的可編程邏輯資源 395
15．1 可編程邏輯資源概述 395
15．2 可編程邏輯資源功能 396
15．2．1 CLB、Slice和LUT 396
15．2．2 時(shí)鐘管理 396
15．2．3 塊RAM 398
15．2．4 數(shù)字信號(hào)處理 - DSP Slice 398
15．2．5 輸入/輸出 399
15．2．6 低功耗串行收發(fā)器 400
15．2．7 PCI - E模塊 401
15．2．8 XADC（模擬 - 數(shù)字轉(zhuǎn)換器） 402
15．2．9 配置 402
第 章 Zynq - 7000內(nèi)的互聯(lián)結(jié)構(gòu) 404
16．1 系統(tǒng)互聯(lián)架構(gòu) 404
16．1．1 互聯(lián)模塊及功能 404
16．1．2 數(shù)據(jù)路徑 406
16．1．3 時(shí)鐘域 407
16．1．4 連接性 408
16．1．5 AXI ID 409
16．1．6 寄存器概述 409
16．2 服務(wù)質(zhì)量 410
16．2．1 基本仲裁 410
16．2．2 高級(jí)QoS 410
16．2．3 DDR端口仲裁 411
16．3 AXI_HP接口 411
16．3．1 AXI_HP接口結(jié)構(gòu)及特點(diǎn) 411
16．3．2 接口數(shù)據(jù)寬度 415
16．3．3 交易類型 416
16．3．4 命令交替和重新排序 416
16．3．5 性能優(yōu)化總結(jié) 416
16．4 AXI_ACP接口 417
16．5 AXI_GP接口 418
16．6 AXI信號(hào)總結(jié) 418
16．7 PL接口選擇 422
16．7．1 使用通用主設(shè)備端口的Cortex - A9 423
16．7．2 通過通用主設(shè)備的PS DMA控制器（DMAC） 423
16．7．3 通過高性能接口的PL DMA 426
16．7．4 通過AXI ACP的PL DMA 426
16．7．5 通過通用AXI從（GP）的PL DMA 426
第 章 Zynq - 7000 SoC內(nèi)定制簡(jiǎn)單AXI - Lite IP 429
17．1 設(shè)計(jì)原理 429
17．2 定制AXI - Lite IP 429
17．2．1 創(chuàng)建定制IP模板 429
17．2．2 修改定制IP設(shè)計(jì)模板 432
17．2．3 使用IP封裝器封裝外設(shè) 436
17．3 打開并添加IP到設(shè)計(jì)中 440
17．3．1 打開工程和修改設(shè)置 440
17．3．2 添加定制IP到設(shè)計(jì) 442
17．3．3 添加XDC約束文件 445
17．4 導(dǎo)出硬件到SDK 446
17．5 建立和驗(yàn)證軟件應(yīng)用工程 446
17．5．1 建立應(yīng)用工程 447
17．5．2 下載硬件比特流文件到FPGA 449
17．5．3 運(yùn)行應(yīng)用工程 450
第 章 Zynq - 7000 SoC內(nèi)定制復(fù)雜AXI Lite IP 451
18．1 設(shè)計(jì)原理 451
18．1．1 VGA IP核的設(shè)計(jì)原理 451
18．1．2 移位寄存器IP核的設(shè)計(jì)原理 453
18．2 定制VGA IP核 454
18．2．1 創(chuàng)建定制VGA IP模板 454
18．2．2 修改定制VGA IP模板 455
18．2．3 使用IP封裝器封裝VGA IP 459
18．3 定制移位寄存器IP核 460
18．3．1 創(chuàng)建定制SHIFTER IP模板 460
18．3．2 修改定制SHIFTER IP模板 462
18．3．3 使用IP封裝器封裝SHIFTER IP 463
18．4 打開并添加IP到設(shè)計(jì)中 464
18．4．1 打開工程和修改設(shè)置 464
18．4．2 添加定制IP到設(shè)計(jì) 466
18．4．3 添加XDC約束文件 470
18．5 導(dǎo)出硬件到SDK 471
18．6 建立和驗(yàn)證軟件工程 472
18．6．1 建立應(yīng)用工程 472
18．6．2 下載硬件比特流文件到FPGA 476
18．6．3 運(yùn)行應(yīng)用工程 477
第 章 Zynq - 7000 AXI HP數(shù)據(jù)傳輸原理及實(shí)現(xiàn) 478
19．1 設(shè)計(jì)原理 478
19．2 構(gòu)建硬件系統(tǒng) 479
19．2．1 打開工程和修改設(shè)置 479
19．2．2 添加并連接AXI DMA IP核 480
19．2．3 添加并連接FIFO IP核 482
19．2．4 連接DMA中斷到PS 485
19．2．5 驗(yàn)證和建立設(shè)計(jì) 487
19．3 建立和驗(yàn)證軟件工程 487
19．3．1 導(dǎo)出硬件到SDK 488
19．3．2 創(chuàng)建軟件應(yīng)用工程 488
19．3．3 下載硬件比特流文件到FPGA 497
19．3．4 運(yùn)行應(yīng)用工程 497
第 章 Zynq - 7000 ACP數(shù)據(jù)傳輸原理及實(shí)現(xiàn) 499
20．1 設(shè)計(jì)原理 499
20．2 打開前面的設(shè)計(jì)工程 499
20．3 配置PS端口 499
20．4 添加并連接IP到設(shè)計(jì) 500
20．4．1 添加IP到設(shè)計(jì) 501
20．4．2 系統(tǒng)連接 501
20．4．3 分配地址空間 502
20．5 使用SDK設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)應(yīng)用工程 504
20．5．1 創(chuàng)建新的軟件應(yīng)用工程 504
20．5．2 導(dǎo)入應(yīng)用程序 504
20．5．3 下載硬件比特流文件到FPGA 507
20．5．4 運(yùn)行應(yīng)用工程 508
第 章 Zynq - 7000軟件和硬件協(xié)同調(diào)試原理及實(shí)現(xiàn) 509
21．1 設(shè)計(jì)目標(biāo) 509
21．2 ILA核原理 510
21．2．1 ILA觸發(fā)器輸入邏輯 510
21．2．2 多觸發(fā)器端口的使用 510
21．2．3 使用觸發(fā)器和存儲(chǔ)限制條件 510
21．2．4 ILA觸發(fā)器輸出邏輯 512
21．2．5 ILA數(shù)據(jù)捕獲邏輯 512
21．2．6 ILA控制與狀態(tài)邏輯 513
21．3 VIO核原理 513
21．4 構(gòu)建協(xié)同調(diào)試硬件系統(tǒng) 514
21．4．1 打開前面的設(shè)計(jì)工程 514
21．4．2 添加定制IP 514
21．4．3 添加ILA和VIO核 515
21．4．4 標(biāo)記和分配調(diào)試網(wǎng)絡(luò) 516
21．5 生成軟件工程 518
21．6 S/H協(xié)同調(diào)試 520
第 章 Zynq - 7000 SoC啟動(dòng)和配置原理及實(shí)現(xiàn) 527
22．1 Zynq - 7000 SoC啟動(dòng)過程 527
22．2 Zynq - 7000 SoC啟動(dòng)要求 527
22．2．1 供電要求 528
22．2．2 時(shí)鐘要求 528
22．2．3 復(fù)位要求 528
22．2．4 模式引腳 528
22．3 Zynq - 7000 SoC內(nèi)的BootROM 530
22．3．1 BootROM特性 530
22．3．2 BootROM頭部 531
22．3．3 啟動(dòng)設(shè)備 535
22．3．4 BootROM多啟動(dòng)和啟動(dòng)分區(qū)查找 538
22．3．5 調(diào)試狀態(tài) 539
22．3．6 BootROM后狀態(tài) 540
22．4 Zynq - 7000 SoC器件配置接口 543
22．4．1 描述功能 544
22．4．2 器件配置流程 545
22．4．3 配置PL 549
22．4．4 寄存器概述 550
22．5 生成SD卡鏡像文件并啟動(dòng) 551
22．5．1 SD卡與XC7Z020接口設(shè)計(jì) 551
22．5．2 打開前面的設(shè)計(jì)工程 552
22．5．3 創(chuàng)建第一級(jí)啟動(dòng)引導(dǎo) 553
22．5．4 創(chuàng)建SD卡啟動(dòng)鏡像 553
22．5．5 從SD卡啟動(dòng)引導(dǎo)系統(tǒng) 555
22．6 生成QSPI Flash鏡像并啟動(dòng) 556
22．6．1 QSPI Flash接口 556
22．6．2 創(chuàng)建QSPI Flash鏡像 557
22．6．3 從QSPI Flash啟動(dòng)引導(dǎo)系統(tǒng) 558
22．7 Cortex - A9雙核系統(tǒng)的配置和運(yùn)行 558
22．7．1 構(gòu)建雙核硬件系統(tǒng)工程 558
22．7．2 添加并互聯(lián)IP核 559
22．7．3 導(dǎo)出硬件設(shè)計(jì)到SDK中 561
22．7．4 設(shè)置板級(jí)包支持路徑 561
22．7．5 建立FSBL應(yīng)用工程 562
22．7．6 建立CPU0應(yīng)用工程 562
22．7．7 建立CPU1板級(jí)支持包 566
22．7．8 建立CPU1應(yīng)用工程 566
22．7．9 創(chuàng)建SD卡鏡像文件 570
22．7．10 雙核系統(tǒng)運(yùn)行和測(cè)試 571
22．7．11 雙核系統(tǒng)的調(diào)試 571
第 章 Zynq - 7000 SoC內(nèi)XADC原理及實(shí)現(xiàn) 574
23．1 ADC轉(zhuǎn)換器接口結(jié)構(gòu) 574
23．2 ADC轉(zhuǎn)換器功能 575
23．2．1 XADC的命令格式 576
23．2．3 供電傳感器報(bào)警 576
23．3 XADC IP核結(jié)構(gòu)及信號(hào) 577
23．4 開發(fā)平臺(tái)上的XADC接口 578
23．5 在Zynq - 7000 SoC內(nèi)構(gòu)建數(shù)?；旌舷到y(tǒng) 579
23．5．1 打開前面的設(shè)計(jì)工程 579
23．5．2 配置PS端口 579
23．5．3 添加并連接XADC IP到設(shè)計(jì) 580
23．5．4 查看地址空間 582
23．5．5 添加用戶約束文件 583
23．5．6 設(shè)計(jì)處理 583
23．6 使用SDK設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)應(yīng)用工程 584
23．6．1 生成新的應(yīng)用工程 584
23．6．2 導(dǎo)入應(yīng)用程序 585
23．6．3 下載硬件比特流文件到FPGA 591
23．6．4 運(yùn)行應(yīng)用工程 591
第 章 Linux開發(fā)環(huán)境的構(gòu)建 592
24．1 構(gòu)建虛擬機(jī)環(huán)境 592
24．2 安裝和啟動(dòng)Ubuntu 14．04客戶機(jī)操作系統(tǒng) 595
24．2．1 新添加兩個(gè)磁盤 595
24．2．2 設(shè)置CD/DVD（SATA） 596
24．2．3 安裝Ubuntu 14．04 597
24．2．4 更改Ubuntu 14．04操作系統(tǒng)啟動(dòng)設(shè)備 600
24．2．5 啟動(dòng)Ubuntu 14．04操作系統(tǒng) 600
24．2．6 添加搜索鏈接資源 600
24．3 安裝FTP工具 601
24．3．1 Windows操作系統(tǒng)下LeapFTP安裝 601
24．3．2 Ubuntu操作系統(tǒng)環(huán)境下FTP安裝 602
24．4 安裝和啟動(dòng)SSH和GIT組件 603
24．4．1 安裝和啟動(dòng)SSH組件 603
24．4．2 安裝和啟動(dòng)GIT組件 604
24．5 安裝交叉編譯器環(huán)境 604
24．5．1 安裝32位支持工具包 604
24．5．2 安裝和設(shè)置SDK 2015．4工具 605
24．6 安裝和配置Qt集成開發(fā)工具 606
24．6．1 Qt集成開發(fā)工具功能 606
24．6．2 構(gòu)建PC平臺(tái)Qt環(huán)境 607
24．6．3 構(gòu)建Arm平臺(tái)Qt環(huán)境 613
第 章 構(gòu)建Zynq - 7000 SoC內(nèi)Ubuntu硬件運(yùn)行環(huán)境 622
25．1 建立新的設(shè)計(jì)工程 622
25．2 添加IP核路徑 623
25．3 構(gòu)建硬件系統(tǒng) 623
25．3．1 添加和配置ZYNQ7 IP 624
25．3．2 添加和配置VDMA IP核 625
25．3．3 添加和配置AXI Display Controller IP核 626
25．3．4 添加和配置HDMI Transmitter IP核 627
25．3．5 添加和配置VGA IP核 627
25．3．6 連接用戶自定義IP核 627
25．3．7 添加和配置Processor System Reset IP核 630
25．3．8 連接系統(tǒng)剩余部分 630
25．4 添加設(shè)計(jì)約束文件 632
25．5 導(dǎo)出硬件文件 633
第 章 構(gòu)建Zynq - 7000 SoC內(nèi)Ubuntu軟件運(yùn)行環(huán)境 635
26．1 u - boot原理及實(shí)現(xiàn) 635
26．1．1 下載u - boot源碼 635
26．1．2 u - boot文件結(jié)構(gòu) 636
26．1．3 u - boot工作模式 637
26．1．4 u - boot啟動(dòng)過程 637
26．1．5 編譯u - boot 650
26．1．6 鏈接腳本文件結(jié)構(gòu) 652
26．2 內(nèi)核結(jié)構(gòu)及編譯 654
26．2．1 內(nèi)核結(jié)構(gòu) 654
26．2．2 下載Linux內(nèi)核源碼 655
26．2．3 內(nèi)核版本 655
26．2．4 內(nèi)核系統(tǒng)配置 655
26．2．5 Bootloader 啟動(dòng)過程 658
26．2．6 Linux內(nèi)核啟動(dòng)過程 660
26．2．7 編譯內(nèi)核 662
26．3 設(shè)備樹原理及實(shí)現(xiàn) 662
26．3．1 設(shè)備樹概述 662
26．3．2 設(shè)備樹數(shù)據(jù)格式 663
26．3．3 設(shè)備樹的編譯 664
26．4 文件系統(tǒng)原理及下載 664
26．5 生成Ubuntu啟動(dòng)鏡像 665
26．5．1 生成FSBL文件 666
26．5．2 生成BOOT．bin啟動(dòng)文件 666
26．5．3 制作SD卡 668
26．5．4 復(fù)制BOOT． bin文件 670
26．5．5 復(fù)制編譯后的內(nèi)核文件 670
26．5．6 復(fù)制編譯后的設(shè)備樹文件 671
26．5．7 復(fù)制文件系統(tǒng) 671
26．6 啟動(dòng)Ubuntu操作系統(tǒng) 672
第 章 Linux環(huán)境下簡(jiǎn)單字符設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的開發(fā) 674
27．1 驅(qū)動(dòng)程序的必要性 674
27．2 Linux操作系統(tǒng)下的設(shè)備文件類型 675
27．3 Linux驅(qū)動(dòng)的開發(fā)流程 676
27．4 驅(qū)動(dòng)程序的結(jié)構(gòu)框架 676
27．4．1 加載和卸載函數(shù)模塊 676
27．4．2 字符設(shè)備中重要的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和函數(shù) 677
27．5 編寫makefile文件 683
27．6 編譯驅(qū)動(dòng)程序 684
27．7 編寫測(cè)試程序 685
27．8 運(yùn)行測(cè)試程序 686
第 章 Linux環(huán)境下包含中斷機(jī)制驅(qū)動(dòng)程序的開發(fā) 688
28．1 設(shè)計(jì)原理 688
28．2 編寫包含中斷處理的驅(qū)動(dòng)代碼 688
28．2．1 驅(qū)動(dòng)程序頭文件 688
28．2．2 驅(qū)動(dòng)的加載和卸載函數(shù) 689
28．2．3 file_operations初始化 691
28．3 編寫makefile文件 691
28．4 編譯驅(qū)動(dòng)程序 692
28．5 測(cè)試驅(qū)動(dòng)程序 693
第 章 Linux環(huán)境下圖像處理系統(tǒng)的構(gòu)建 694
29．1 系統(tǒng)整體架構(gòu)和功能 694
29．2 OV5640攝像頭性能 695
29．2．1 攝像頭捕獲模塊的硬件 696
29．2．2 SCCB接口規(guī)范 696
29．2．3 寫攝像頭模組寄存器操作 697
29．2．4 讀攝像頭模組寄存器操作 698
29．2．5 攝像頭初始化流程 700
29．3 Vivado HLS實(shí)現(xiàn)拉普拉斯算子濾波算法的設(shè)計(jì) 701
29．3．1 Vivado HLS工具的性能和優(yōu)勢(shì) 701
29．3．2 拉普拉斯算法與HDL之間的映射 703
29．4 圖像處理系統(tǒng)的整體構(gòu)建 706
29．5 圖像處理系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì) 708
29．5．1 Ubuntu桌面系統(tǒng)的構(gòu)建 708
29．5．2 Qt圖像處理程序的開發(fā) 708
29．6 嵌入式圖像處理系統(tǒng)測(cè)試 710
第 章 Zynq-7000 SoC上構(gòu)建和實(shí)現(xiàn)Python應(yīng)用 712
30．1 設(shè)計(jì)所需的硬件環(huán)境 712
30．2 構(gòu)建PetaLinux開發(fā)環(huán)境 712
30．2．1 PetaLinx開發(fā)環(huán)境概述 712
30．2．2 安裝32位庫 714
30．2．3 安裝并測(cè)試tftp服務(wù)器 714
30．2．4 下載并安裝PetaLinux 715
30．3 構(gòu)建嵌入式系統(tǒng)硬件 717
30．3．1 下載并安裝Vivado 2018．2集成開發(fā)環(huán)境 717
30．3．2 添加板級(jí)支持包文件 717
30．3．3 建立新的Vivado工程 717
30．3．4 構(gòu)建硬件系統(tǒng) 718
30．4 構(gòu)建嵌入式Python開發(fā)環(huán)境 721
30．5 構(gòu)建PC端Python開發(fā)環(huán)境 723
30．6 服務(wù)器和客戶端Python的開發(fā) 724
30．6．1 服務(wù)器端Python的開發(fā) 725
30．6．2 客戶端Python的開發(fā) 726
30．7 設(shè)計(jì)驗(yàn)證 728
30．7．1 啟動(dòng)服務(wù)器程序 728
30．7．2 啟動(dòng)客戶端程序 729

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