課程大綱：

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1、ZYNQ-7000硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)知識點(diǎn)

（1）基本電路設(shè)計(jì)：主要管腳、常用外設(shè)設(shè)計(jì)、JTAG電路設(shè)計(jì)、上電啟動流程。

（2）片上資源介紹：邏輯資源Slice、LUT和CLB，時鐘管理和分配，IO和存貯資源。

（3）PS外設(shè)接口資源與設(shè)置，PS與PL連接資源與方式。

（4）Xilinx自帶IP庫功能、例化與使用。

（5）定制IP核設(shè)計(jì)與使用，分別介紹單個IP核、子系統(tǒng)IP核和RTL IP核。

（6）AXI總線介紹和AXI?IP核設(shè)計(jì)。

（7）XDC管腳與時序約束文件的設(shè)計(jì)與使用。

（8）時序分析技術(shù)，前仿真、后仿真和原理圖時序定位。

（9）時序優(yōu)化技術(shù)，插入寄存器、并行結(jié)構(gòu)、邏輯展開、寄存器平衡、路徑重組、Fanout限制、IP核的引入。

（10）裸機(jī)地址映射與庫函數(shù)、初始化、中斷程序和主程序編寫，以實(shí)現(xiàn)用戶對硬件的控制。

2、ZYNQ-7000?裸機(jī)開發(fā)實(shí)例（工具Vitis、Vivado和SDK）

（1）三種I/O接口方式MIO、EMIO和AXI GPIO流水燈例程。從流水燈例程中學(xué)會使用MIO、EMIO和AXI GPIO，Vivado的設(shè)計(jì)，IP核的使用，Vitis軟件創(chuàng)建硬件平臺與應(yīng)用平臺，BSP生成，庫函數(shù)使用和應(yīng)用程序編寫。

（2）串口通訊中斷程序?qū)嵗?。學(xué)會如何使用Vitis設(shè)計(jì)C語言串口程序，介紹最常用的中斷程序編程方法，并使用Vitis軟件生成鏡像文件，在開發(fā)板上使用串口調(diào)試小助手進(jìn)行中斷用戶處理程序的設(shè)計(jì)驗(yàn)證。

（3） FIFO例程。FIFO原理、IP核例化與測試、開發(fā)板調(diào)試，學(xué)會testbench與邏輯分析儀ILA的使用。

（4）DMA原理、分類、IP核的例化、SDK的讀寫調(diào)用、開發(fā)板調(diào)試。

（5）任意信號發(fā)生器的設(shè)計(jì)與驗(yàn)證。自制IP核的設(shè)計(jì)、驗(yàn)證與使用，掌握testbench、邏輯分析儀ILA和虛擬輸入輸出VIO等FPGA調(diào)試工具。

（6）基于LwIP協(xié)議千兆以太網(wǎng)的設(shè)計(jì)與驗(yàn)證。學(xué)會ZYMQ7 IP核的配置和網(wǎng)絡(luò)通信的程序設(shè)計(jì)，在開發(fā)板上使用網(wǎng)絡(luò)調(diào)試助手進(jìn)行設(shè)計(jì)驗(yàn)證。

3、ZYNQ-7000軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

（1）定制Linux工具Petalinx軟件原理和開發(fā)流程介紹。

（2）工程文件參數(shù)配置、本地sstate-cache和根文件系統(tǒng)配置介紹。

（3）網(wǎng)絡(luò)連接、鏡像源和域名服務(wù)器的配置。

（4）定制模塊module、層layer、應(yīng)用app和軟件包package的方法。

（5）開機(jī)自啟動程序配置方法。

（6）設(shè)備樹的概念和設(shè)置

（7）開發(fā)板具備編譯功能的設(shè)計(jì)方法，不必使用交叉編譯。

（8）硬件設(shè)計(jì)的升級方法。

（9）啟動串口輸出內(nèi)容介紹與故障診斷。

（10）鏡像文件BOOT、image.ub和root文件介紹。

（11）SD啟動盤的制作和燒寫。

4、Petalinux定制Linux系統(tǒng)與驅(qū)動程序開發(fā)實(shí)例

（1）GPIO驅(qū)動與應(yīng)用程序編寫，Petalinux制作Linux系統(tǒng)。介紹字符驅(qū)動的概念與編程方法。介紹文件描述符、打開設(shè)備文件、讀文件、寫文件與釋放設(shè)備文件，設(shè)備的初始化函數(shù)，設(shè)備號的靜態(tài)與動態(tài)申請，設(shè)備結(jié)構(gòu)體的初始化與注冊，設(shè)備節(jié)點(diǎn)的創(chuàng)建等概念與編程，用Petalinux工具生成系統(tǒng)和驅(qū)動程序，并在開發(fā)板制作的Linux系統(tǒng)上用C語言編程實(shí)現(xiàn)GPIO流水燈的控制。亦介紹了GPIO另外一種簡單的控制方法SysFs編程與實(shí)現(xiàn)。

（2）DMA驅(qū)動與應(yīng)用程序編寫，Petalinux制作Linux系統(tǒng)。介紹DMA基本概念，系統(tǒng)描述符、設(shè)備樹配置、自啟動模塊與腳本的編寫、GCC編譯功能的添加、BSP作用與輸入輸出、本地化配置sstate-cache、網(wǎng)絡(luò)參數(shù)配置、硬件引入與升級、SD卡鏡像制作、DMA驅(qū)動程序和應(yīng)用程序編寫與解讀，并對這些內(nèi)容進(jìn)行實(shí)操，最后在開發(fā)板上用全流程自己制作的SD卡鏡像進(jìn)行驗(yàn)證。

5、新技術(shù)PYNQ 和ZYNQ MPSoC介紹

本節(jié)將為學(xué)員展示Xilinx的新產(chǎn)品、新技術(shù)，為學(xué)員展望未來FPGA的發(fā)展之路。

（1）PYNQ技術(shù)介紹。使用高級語言Python來開發(fā)FPGA， 通過Python編程就可以調(diào)用FPGA模塊，不需要懂Verilog/VHDL硬件編程就可以享受FPGA可并行計(jì)算、接口可方便擴(kuò)展和可靈活配置帶來的諸多好處。

（2）演示通過PYNQ在ZYNQ 7000開發(fā)板上實(shí)現(xiàn)點(diǎn)燈、圖像處理和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)諸多功能，展示其通過簡易方法來實(shí)現(xiàn)復(fù)雜功能的強(qiáng)大處理能力。

（3）演示基于Ultrascale+ MPSoC系列的Ultra96或Kria KV260開發(fā)板的項(xiàng)目例程，其作為ZYNQ系列的升級產(chǎn)品，展示其在異構(gòu)加速、圖像處理和人工智能方面的強(qiáng)大功能。