Zybo开发板的硬件简析

作者: 特其拉
上传时间为: 2014-10-24 12:41 AM
2014-10-24
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网上搜了一下Zybo开发板,资料不多,而且大部分是英文资料,没办法感觉用的人还不是很多。最有用的还是官网的手册,

ZYBO Zynq-7000开发板

参考手册可以说是唯一准确的资料了,只有好好研读一下,这里简单翻译记录一下方便翻阅。

1         电源开关15        处理器复位按键
2 电源选择开关16FPGA逻辑资源复位按键
3 UART/JTAG USB口17音频接口
4 MIO LED18逻辑资源配置LED
5 MIO 按键19电源LED
6 MIO Pmod20预留JTAG
7 USB OTG A型21编程模式跳线
8 用户LED 4个22预留JTAG口跳线
9拨码开关 4个23PLL 跳线
10USB OTG/主机/设备 选择跳线24VGA连接器
11普通Pmod25microSD插槽
12高速Pmod 3个26HDMI两用接口
13用户按键 4个27RJ45
14Pmod XADC28标准电源插孔 

1. 电源

zybo开发板的电源可以通过3种方法输入:USB口、电源插孔、锂电池。

3种输入通过跳线来选择,所有电源通过开关SW4控制,LD11是电源指示LED。从上面可以看到主要的电源芯片是ADI 的ADP5052,这是一颗5通道电源芯片,包括4路降压DC-DC以及一路LDO。ADP5052特别适合FPGA或者处理器的电源方案。

zybo开发板上电后空闲状态时大概消耗200mA电流,因此简单的应用可以直接通过USB供电,不过如果驱动多个外设需要外接5V直流。直流供电范围4.5V-5.5V。zybo开发板上的电压包括下表所列

2.Zync XC7Z010

Zybo开发板上的核心器件是Zync XC7Z010-CLG400,大小17mm X 17mm。

XC7Z010结构比较复杂,简单来说有点像可编程SoC系统,内部可分为两部分PL(可编程逻辑资源)和PS(系统处理部分)。

PL部分和7系列 Artix FPGA逻辑资源相同,大概有28K逻辑单元(相当于430K逻辑门)。唯一不同的是PL部分配置需要通过处理器或者JTAG口编程,不能直接通过Flash ROM配置。

PS部分包括很多部分,两个Cortex-A9硬核、控制器内部总线、DDR3控制器、以及一些外设资源接口。PL和PS内部互联。

3.DDR3 SDRAM

Zybo开发板上包括两颗Micro MT41J128M16JT-125的内存芯片,总容量512MB DDR3 SDRAM。

DDR3是与Zynq芯片的PS部分相连。供电电压是1.5V。

4.SPI FLASH

板上有一颗Spansion S25FL128S flash芯片,容量为128Mb,支持x1,x2,x4SPI模式。

Flash中内容可以用来初始化PS部分和PL部分(必须先初始化PS),最高速度达到400Mbps(x4),供电电压3.3V。Flash也是连接到FPGA的PS部分。

5.USB-UART串口

Zybo开发板上有一颗FTDI FT2232HQ USB桥接芯片。FT2232HQ是一颗单USB转两路UART/FIFO的桥接芯片,因此Zybo可以同时支持USB-UART和USB-JTAG。FT2232HQ是同Zynq芯片的PS部分相连。

6.USB OTG

PS部分包括2个USB OTG接口,板上采用了一颗Microchip USB3320 USB2.0收发器作为PHY。

7.Ethernet PHY

开发板上的10/100/1000以太网PHY采用了Realtek RTL8211E-VL。当PHY上电后会自动连接,即使FPGA没有配置,只要网线连接上,芯片会自动建立连接。

8.HDMI

Zybo开发板的HDMI接口完全由IP实现,连接到FPGA的PL部分,信号采用TMDS IO标准。

9.VGA

Zybo开发板配置了16位的VGA接口,包括了16根信号线(5红、6绿、5蓝)以及行同步和场同步一共18路IO。

VGA视频产生通过FPGA的PL部分,能产生65536彩色。

10.时钟

开发板上的晶振为50MHz,提供给PS部分,能够产生处理器最高650MHz时钟以及DDR3的525MHz时钟。

PL部分的始终由PS的PLL输入,而且可以外接125MHz独立信号,无需依靠PS。

11.音频

音频解码的芯片采用了ADI 的SSM2603,是一款低功耗立体声音频编解码器,配有一组立体声可编程增益放大器(PGA)线路输入和一个单声道麦克风输入,具有两个24位模数转换器(ADC)通道和两个24位数模转换器(DAC)通道。

SSM2603可以作为主设备或从设备工作,音频接口包括一条立体声输入、麦克风输入以及一条立体声输出、耳机插孔。

SSM2603数字接口部分连接到FPGA的PL部分,所有信号为3.3V电压水平。

12.Pmods

Pmod插座是2x6,间距2.54mm。

Zybo开发板上有6个Pmod接口:

  • 一路标准Pmod:连接到PL部分,用于低速信号
  • 一路MIO Pmod:连接到PS部分MIO,用于低速信号
  • 一路XADC Pmod:连接到PL部分,用于差分模拟信号输入
  • 三路高速Pmod:连接PL部分,用于高速差分信号

13.FPGA配置

Zynq芯片的配置和一般FPGA芯片不同,它是围绕处理器硬核设置,处理器硬核来配置PL部分以及其他外设资源。Zynq的启动包括3个阶段:

  • 上电后,其中一个处理器内核CPU0会开始执行内部的BootROM。BootROM首先判断mode引脚启动模式,之后拷贝FSBL启动代码到RAM
  • FSBL启动代码首先配置PS部分,然后读取Boot image配置PL部分,拷贝用户程序到RAM
  • 执行用户程序,可以是简单的“hello world”,也可以是Linux系统Boot程序

Zynq启动模式可以有3个来源:

  • JTAG
  • Flash
  • Micro SD

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