zcu102（7）AXI_LITE实验

作者：bt（CSDN）

本文使用工程源码已上传https://download.csdn.net/download/botao_li/10891304

从本文档开始将介绍PS和PL之间通过AXI总线互联。

三种AXI总线协议为
① AXI_LITE：性能较低的地址映射传输，一次只能传输4字节
② AXI_STREAM：高速流数据传输，无地址映射，不能直接与PS连接
③ AXI（又称AXI_FULL）：性能较高的地址映射传输

AXI_LITE一般用于小规模的数据交互，比如参数、指令或者状态信息

本文档用AXI_LITE总线实现2项功能：
① PS读写PL的寄存器读取板上按钮状态控制LED灯开关
② PL读写PS的DDR内存

axi lite时序

下文中生成的AXI_LITE接口的IP模块自带的示例代码可以修改后使用，AXI_LITE的接口时序来源于示例代码的参考

写操作时序

master：同时设置awvalid和wvalid有效
slave：等待awvalid和wvalid同时有效，同时将awready和wready设置1
slave：在awvalid awready wvalid wready同时为1的情况下，bvalid设1，同时取出awaddr和wdata
master：收到awready将awvalid设0，收到wready将wvalid设0
master：收到bvalid将bready设1，下个时钟周期设0
slave：收到bready将bvalid设0

读操作时序

master：设置arvalidy为1
slave：收到arvalid将arready设1，下个时钟周期设0
slave：在arready arvalid同时为1的情况下，rvalid设1，axi_rresp设0有效
master：收到arready将arvalid设0
master：收到rvalid将rready设1，下个时钟周期设0
slave：收到rready将rvalid设1
master：在rready rvalid同时为1的情况下，检查rdata数值

建立工程

与之前相同的方法建立zcu102的Vivado工程

配置Zynq模块

建立Block Design，并添加Zynq模块

选择Run Block Automation

在弹出窗口中按照默认配置选择OK

双击打开Zynq模块配置，在PS-PL Configuration页进行如下配置

使用pl_clk0作为PL端工作时钟，并且连接2个AXI接口的aclk

自定义Slave AXI_LITE接口的IP模块

在Tools菜单选择Create and Package New IP

在弹出窗口中选中Create AXI4 Peripheral

选择Edit IP后点击Finish

之后弹出当前IP的Vivado工程

在Sources窗口双击打开接口模块

在代码注释中指示的位置**（非必须）**添加自定义的模块端口

注意：端口定义必须加上wire

根据代码所示，前述步骤配置的4个32位寄存器分别为slv_reg0~3

若当前IP在PS端的基地址为base_addr，则slv_reg0读写地址为base_addr，slv_reg1读写地址为base_addr+4，svl_reg2和3以此类推

将slv_reg0用于写入PL端LED，slv_reg1用于读取PL端按钮

根据注释位置（位置非必须）添加以下代码

并修改读操作赋值

打开IP的顶层模块，进行如下修改

在当前IP的Vivado工程界面，在Tools菜单选择Create and Package IP

选择Package your current project

在弹出窗口选择Overwrite

最后点击Finish

完成后关闭当前IP的Vivado工程

自定义Master AXI_LITE接口的IP模块

参考[Slave AXI_LITE的模块的生成](#自定义Slave AXI_LITE接口的IP模块)，进行如下配置

最后选择Edit IP打开IP的Vivado工程

由于默认生成的示例代码过于复杂，因此根据AXI_LITE接口时序全部重写，并添加读写接口

进入Vivado工程后，使用与[自定义Slave接口IP相同的方式](#自定义Slave AXI_LITE接口的IP模块)修改接口模块和顶层模块如下

接口模块代码

顶层模块代码

最后，参考[Slave AXI_LITE的模块的生成](#自定义Slave AXI_LITE接口的IP模块)，打包IP

建立Verilog的master端测试模块

在Sources窗口创建新verilog模块，命名为master_test.v，用于连接master_axi_lite的读写接口进行测试

代码如下：

实现Vivado工程

回到之前建立的Zynq工程

在PROJECT MANAGER内打开Settings，在IP > Repository页确认前述2个IP的路径已添加

向Block Design中添加2个自定义的AXI_LITE模块

之后从Sources窗口将master_test.v文件用鼠标拖动至Diagram窗口，自动生成master_test的模块

在Block Design点击Run Connection Automation

点击OK后，Block Design完成自动连接

之后手动连接master_test与master_axi_lite模块的接口

完成连接后的Diagram如下：

在Block Design上右键菜单执行Generate Output Products，完成后在右键菜单执行Create HDL Wrapper

在Flow Navigator中Run Synthesis，完成后，打开Synthesized Design，从Layout菜单打开I/O Planning窗口设置button和leds管脚

保存并新建xdc约束文件top.xdc

接下来在Flow Navigator中SYNTHESIS下选择Set Up Debug，添加master_test中的测试信号

最终的top.xdc文件内容如下：

set_property PACKAGE_PIN AG14 [get_ports {leds_0[0]}]
set_property PACKAGE_PIN AF13 [get_ports {leds_0[1]}]
set_property PACKAGE_PIN AE13 [get_ports {leds_0[2]}]
set_property PACKAGE_PIN AJ14 [get_ports {leds_0[3]}]
set_property PACKAGE_PIN AJ15 [get_ports {leds_0[4]}]
set_property PACKAGE_PIN AH13 [get_ports {leds_0[5]}]
set_property PACKAGE_PIN AH14 [get_ports {leds_0[6]}]
set_property PACKAGE_PIN AL12 [get_ports {leds_0[7]}]
set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports {leds_0[7]}]
set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports {leds_0[6]}]
set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports {leds_0[5]}]
set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports {leds_0[4]}]
set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports {leds_0[3]}]
set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports {leds_0[1]}]
set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports {leds_0[0]}]
set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports {leds_0[2]}]
set_property PACKAGE_PIN AF15 [get_ports button_0]
set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports button_0]

create_debug_core u_ila_0 ila
set_property ALL_PROBE_SAME_MU true [get_debug_cores u_ila_0]
set_property ALL_PROBE_SAME_MU_CNT 1 [get_debug_cores u_ila_0]
set_property C_ADV_TRIGGER false [get_debug_cores u_ila_0]
set_property C_DATA_DEPTH 2048 [get_debug_cores u_ila_0]
set_property C_EN_STRG_QUAL false [get_debug_cores u_ila_0]
set_property C_INPUT_PIPE_STAGES 0 [get_debug_cores u_ila_0]
set_property C_TRIGIN_EN false [get_debug_cores u_ila_0]
set_property C_TRIGOUT_EN false [get_debug_cores u_ila_0]
set_property port_width 1 [get_debug_ports u_ila_0/clk]
connect_debug_port u_ila_0/clk [get_nets [list bd_i/zynq_ultra_ps_e_0/inst/pl_clk0]]
set_property PROBE_TYPE DATA_AND_TRIGGER [get_debug_ports u_ila_0/probe0]
set_property port_width 32 [get_debug_ports u_ila_0/probe0]
connect_debug_port u_ila_0/probe0 [get_nets [list {bd_i/master_test_0/rd_data[0]} {bd_i/master_test_0/rd_data[1]} {bd_i/master_test_0/rd_data[2]} {bd_i/master_test_0/rd_data[3]} {bd_i/master_test_0/rd_data[4]} {bd_i/master_test_0/rd_data[5]} {bd_i/master_test_0/rd_data[6]} {bd_i/master_test_0/rd_data[7]} {bd_i/master_test_0/rd_data[8]} {bd_i/master_test_0/rd_data[9]} {bd_i/master_test_0/rd_data[10]} {bd_i/master_test_0/rd_data[11]} {bd_i/master_test_0/rd_data[12]} {bd_i/master_test_0/rd_data[13]} {bd_i/master_test_0/rd_data[14]} {bd_i/master_test_0/rd_data[15]} {bd_i/master_test_0/rd_data[16]} {bd_i/master_test_0/rd_data[17]} {bd_i/master_test_0/rd_data[18]} {bd_i/master_test_0/rd_data[19]} {bd_i/master_test_0/rd_data[20]} {bd_i/master_test_0/rd_data[21]} {bd_i/master_test_0/rd_data[22]} {bd_i/master_test_0/rd_data[23]} {bd_i/master_test_0/rd_data[24]} {bd_i/master_test_0/rd_data[25]} {bd_i/master_test_0/rd_data[26]} {bd_i/master_test_0/rd_data[27]} {bd_i/master_test_0/rd_data[28]} {bd_i/master_test_0/rd_data[29]} {bd_i/master_test_0/rd_data[30]} {bd_i/master_test_0/rd_data[31]}]]
create_debug_port u_ila_0 probe
set_property PROBE_TYPE DATA_AND_TRIGGER [get_debug_ports u_ila_0/probe1]
set_property port_width 32 [get_debug_ports u_ila_0/probe1]
connect_debug_port u_ila_0/probe1 [get_nets [list {bd_i/master_test_0/rd_addr[0]} {bd_i/master_test_0/rd_addr[1]} {bd_i/master_test_0/rd_addr[2]} {bd_i/master_test_0/rd_addr[3]} {bd_i/master_test_0/rd_addr[4]} {bd_i/master_test_0/rd_addr[5]} {bd_i/master_test_0/rd_addr[6]} {bd_i/master_test_0/rd_addr[7]} {bd_i/master_test_0/rd_addr[8]} {bd_i/master_test_0/rd_addr[9]} {bd_i/master_test_0/rd_addr[10]} {bd_i/master_test_0/rd_addr[11]} {bd_i/master_test_0/rd_addr[12]} {bd_i/master_test_0/rd_addr[13]} {bd_i/master_test_0/rd_addr[14]} {bd_i/master_test_0/rd_addr[15]} {bd_i/master_test_0/rd_addr[16]} {bd_i/master_test_0/rd_addr[17]} {bd_i/master_test_0/rd_addr[18]} {bd_i/master_test_0/rd_addr[19]} {bd_i/master_test_0/rd_addr[20]} {bd_i/master_test_0/rd_addr[21]} {bd_i/master_test_0/rd_addr[22]} {bd_i/master_test_0/rd_addr[23]} {bd_i/master_test_0/rd_addr[24]} {bd_i/master_test_0/rd_addr[25]} {bd_i/master_test_0/rd_addr[26]} {bd_i/master_test_0/rd_addr[27]} {bd_i/master_test_0/rd_addr[28]} {bd_i/master_test_0/rd_addr[29]} {bd_i/master_test_0/rd_addr[30]} {bd_i/master_test_0/rd_addr[31]}]]
create_debug_port u_ila_0 probe
set_property PROBE_TYPE DATA_AND_TRIGGER [get_debug_ports u_ila_0/probe2]
set_property port_width 32 [get_debug_ports u_ila_0/probe2]
connect_debug_port u_ila_0/probe2 [get_nets [list {bd_i/master_test_0/wr_addr[0]} {bd_i/master_test_0/wr_addr[1]} {bd_i/master_test_0/wr_addr[2]} {bd_i/master_test_0/wr_addr[3]} {bd_i/master_test_0/wr_addr[4]} {bd_i/master_test_0/wr_addr[5]} {bd_i/master_test_0/wr_addr[6]} {bd_i/master_test_0/wr_addr[7]} {bd_i/master_test_0/wr_addr[8]} {bd_i/master_test_0/wr_addr[9]} {bd_i/master_test_0/wr_addr[10]} {bd_i/master_test_0/wr_addr[11]} {bd_i/master_test_0/wr_addr[12]} {bd_i/master_test_0/wr_addr[13]} {bd_i/master_test_0/wr_addr[14]} {bd_i/master_test_0/wr_addr[15]} {bd_i/master_test_0/wr_addr[16]} {bd_i/master_test_0/wr_addr[17]} {bd_i/master_test_0/wr_addr[18]} {bd_i/master_test_0/wr_addr[19]} {bd_i/master_test_0/wr_addr[20]} {bd_i/master_test_0/wr_addr[21]} {bd_i/master_test_0/wr_addr[22]} {bd_i/master_test_0/wr_addr[23]} {bd_i/master_test_0/wr_addr[24]} {bd_i/master_test_0/wr_addr[25]} {bd_i/master_test_0/wr_addr[26]} {bd_i/master_test_0/wr_addr[27]} {bd_i/master_test_0/wr_addr[28]} {bd_i/master_test_0/wr_addr[29]} {bd_i/master_test_0/wr_addr[30]} {bd_i/master_test_0/wr_addr[31]}]]
create_debug_port u_ila_0 probe
set_property PROBE_TYPE DATA_AND_TRIGGER [get_debug_ports u_ila_0/probe3]
set_property port_width 32 [get_debug_ports u_ila_0/probe3]
connect_debug_port u_ila_0/probe3 [get_nets [list {bd_i/master_test_0/wr_data[0]} {bd_i/master_test_0/wr_data[1]} {bd_i/master_test_0/wr_data[2]} {bd_i/master_test_0/wr_data[3]} {bd_i/master_test_0/wr_data[4]} {bd_i/master_test_0/wr_data[5]} {bd_i/master_test_0/wr_data[6]} {bd_i/master_test_0/wr_data[7]} {bd_i/master_test_0/wr_data[8]} {bd_i/master_test_0/wr_data[9]} {bd_i/master_test_0/wr_data[10]} {bd_i/master_test_0/wr_data[11]} {bd_i/master_test_0/wr_data[12]} {bd_i/master_test_0/wr_data[13]} {bd_i/master_test_0/wr_data[14]} {bd_i/master_test_0/wr_data[15]} {bd_i/master_test_0/wr_data[16]} {bd_i/master_test_0/wr_data[17]} {bd_i/master_test_0/wr_data[18]} {bd_i/master_test_0/wr_data[19]} {bd_i/master_test_0/wr_data[20]} {bd_i/master_test_0/wr_data[21]} {bd_i/master_test_0/wr_data[22]} {bd_i/master_test_0/wr_data[23]} {bd_i/master_test_0/wr_data[24]} {bd_i/master_test_0/wr_data[25]} {bd_i/master_test_0/wr_data[26]} {bd_i/master_test_0/wr_data[27]} {bd_i/master_test_0/wr_data[28]} {bd_i/master_test_0/wr_data[29]} {bd_i/master_test_0/wr_data[30]} {bd_i/master_test_0/wr_data[31]}]]
create_debug_port u_ila_0 probe
set_property PROBE_TYPE DATA_AND_TRIGGER [get_debug_ports u_ila_0/probe4]
set_property port_width 1 [get_debug_ports u_ila_0/probe4]
connect_debug_port u_ila_0/probe4 [get_nets [list bd_i/master_test_0/rd_done]]
create_debug_port u_ila_0 probe
set_property PROBE_TYPE DATA_AND_TRIGGER [get_debug_ports u_ila_0/probe5]
set_property port_width 1 [get_debug_ports u_ila_0/probe5]
connect_debug_port u_ila_0/probe5 [get_nets [list bd_i/master_test_0/rd_en]]
create_debug_port u_ila_0 probe
set_property PROBE_TYPE DATA_AND_TRIGGER [get_debug_ports u_ila_0/probe6]
set_property port_width 1 [get_debug_ports u_ila_0/probe6]
connect_debug_port u_ila_0/probe6 [get_nets [list bd_i/master_test_0/rd_valid]]
create_debug_port u_ila_0 probe
set_property PROBE_TYPE DATA_AND_TRIGGER [get_debug_ports u_ila_0/probe7]
set_property port_width 1 [get_debug_ports u_ila_0/probe7]
connect_debug_port u_ila_0/probe7 [get_nets [list bd_i/master_test_0/wr_done]]
create_debug_port u_ila_0 probe
set_property PROBE_TYPE DATA_AND_TRIGGER [get_debug_ports u_ila_0/probe8]
set_property port_width 1 [get_debug_ports u_ila_0/probe8]
connect_debug_port u_ila_0/probe8 [get_nets [list bd_i/master_test_0/wr_en]]
set_property C_CLK_INPUT_FREQ_HZ 300000000 [get_debug_cores dbg_hub]
set_property C_ENABLE_CLK_DIVIDER false [get_debug_cores dbg_hub]
set_property C_USER_SCAN_CHAIN 1 [get_debug_cores dbg_hub]
connect_debug_port dbg_hub/clk [get_nets u_ila_0_pl_clk0]

在Flow Navigator中PROGRAM AND DEBUG选择Generate Bitstream

完成后在File菜单选择Export > Export Hardware，注意选中Include bitstream

之后在File菜单选择Launch SDK

SDK编程

默认建立的bd_wrapper_hw_platform_0工程目录中已包含前文生成的bit配置文件

根据HelloWorld模板建立test_axi_lite工程

SDK工程用于测试slave_axi_lite，即按钮控制led开关

修改helloworld.c文件代码如下：

在test_axi_lite工程选择Debug Configurations

配置如下：

注意，一定不能在Vivado中加载FPGA，再启动PS程序。PL程序会在PS载入过程中被清除！！！

在SDK中启动调试

发现按钮控制led开关功能正确

回到Vivado，从Hardware Manager进入Debugl界面，测试发现master_test运行正确：

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