ZYNQ AC7020C的“点LED”实验

一、创建 Vivado 工程
1、启动 Vivado
2、在 Vivado 开发环境里点击“Create New Project”，创建一个新的工程

3、弹出一个建立新工程的向导，点击“Next”

4、在弹出的对话框中输入工程名和工程存放的目录。需要注意工程路径“Project location”不能有中文、空格，路径名称也不能太长。此处工程名取为project_1led。

5、在工程类型中选择“RTL Project”

6、目标语言“Target language”选择“Verilog”，虽然选择 Verilog，但 VHDL 也可以使用，支持多语言混合编程。

7、点击“Next”，不添加任何文件

8、在“Default Part”选项中，器件家族“Family”选择“Zynq-7000”，封装类型“Package”选择“clg400”,减少我们选择范围。AC7010 在下拉列表中选择“xc7z010clg400-1”，AC7020在下拉列表中选择“xc7z020clg400-2”,“-2”表示速率等级，数字越大，性能越好，速率高的芯片向下兼容速率低的芯片。

9、点击“Finish”就可以完成以后名为“led”工程的创建。

二、创建Verilog HDL 文件点亮 LED
1、点击 Project Manager 下的 Add Sources 图标（快捷键 Alt+A）

2、选择添加或创建设计源文件“Add or create design sources”,点击“Next”

3、选择创建文件“Create File”

4、文件名“File name”设置为“led”，点击“OK”

5、点击“Finish”,完成“led.v”文件添加

6、在弹出的模块定义“Define Module”,中可以指定“led.v”文件的模块名称“Module name”，这里默认不变为“led”，还可以指定一些端口，此处暂时不指定，点击“OK”。

7、在弹出的对话框中选择“Yes”

8、双击“led.v”可以打开文件，然后编辑

9、编写“led.v”,这里定义了一个 32 位的寄存器 timer, 用于循环计数 0~49999999(1 秒钟), 计数到 49999999(1 秒)的时候, 寄存器 timer 变为 0，并翻转四个 LED。这样原来 LED 是灭的话，就会点亮，如果原来 LED 为亮的话，就会熄灭。代码如下：

`timescale 1ns / 1ps
module led(
input sys_clk, output reg led
    );
    reg[31:0] timer_cnt;
    always@(posedge sys_clk)
        begin
        if(timer_cnt >= 32'd49_999_999)
        begin
        led <= ~led;
        timer_cnt <= 32'd0;
        end
    else
        begin
        led <= led;
        timer_cnt <= timer_cnt + 32'd1;
        end
    end
endmodule

10、编写好代码后保存,点击菜单“File -> Save All Files”

三、添加约束管脚
Vivado 使用的约束文件格式为 xdc 文件，xdc 文件里主要是完成管脚的约束,时钟的约束, 以及组的约束。这里我们需要对 led.v 程序中的输入输出端口分配到 FPGA 的真实管脚上。
1、点击“Open Elaborated Design”

2、点击OK

3、在菜单中选择“Window -> I/O Ports”

4、给 LED 和时钟分配管脚、电平标准，完成后点击保存图标

5、弹出窗口，要求保存约束文件，文件名我们填写“led”，文件类型默认“XDC”，点击“OK”

6、打开刚才生成的“led.xdc”文件，我们可以看到是一个 TCL 脚本，如果我们了解这些语法，完全可以通过自己编写 led.xdc 文件的方式来约束管脚
最基本的 XDC 编写的语法，普通 IO 口只需约束引脚号和电压，管脚约束如下：
set_property PACKAGE_PIN “引脚编号” [get_ports “端口名称”]
电平信号的约束如下：
set_property IOSTANDARD “电平标准” [get_ports “端口名称”]
这里需要注意文字的大小写，端口名称是数组的话用{ }刮起来，端口名称必须和源代码中的名字一致，且端口名字不能和关键字一样。
电平标准中“LVCMOS33”后面的数字指 FPGA 的 BANK 电压，LED 所在 BANK 电压为 3.3 伏，所以电平标准为“LVCMOS33”。Vivado 默认要求为所有 IO 分配正确的电平标准和管脚编号。
四、添加时序约束
一个 FPGA 设计除了管脚分配以外，还有一个重要的约束，那就是时序约束，这里通过向导方式演示如果进行一个时序约束。
1、点击“Run Synthesis”开始综合

2、弹出对话框点击“OK”

3、综合完成以后点击“Cancel”
4、点击“Constraints Wizard”

5、在弹出的窗口中点击“Next”

6、时序约束向导分析出设计中的时钟，这里把“sys_clk”频率设置为 50Mhz，然后点击“Skipto Finish”结束时序约束向导。

7、弹出的窗口中点击“OK”

8、点击“Finish”，这个时候 led.xdc 文件已经更新，重新加载文件即可。

五、生成 BIT 文件
1、编译的过程可以细分为综合、布局布线、生成 bit 文件等，这里我们直接点击“Generate Bitstream”,直接生成 bit 文件。
2、在弹出的对话框中可以选择任务数量，这里和 CPU 核心数有关，一般数字越大，编译越快，点击OK

3、这个时候开始编译，可以看到右上角有个状态信息，在编译过程中可能会被杀毒软件、电脑管家拦截运行，导致无法编译或很长时间没有编译成功。

4、编译中没有任何错误，编译完成，弹出一个对话框让我们选择后续操作，这里选项“Open Hardware Manger”，点击“OK”，当然，也可以选择“Cancel”，然后在左边导航栏选择“Open Hardware Manger”

六、下载调试
1、连接好开发板的 JTAG 接口，给开发板上电

2、在“HARDWARE MANAGER”界面点击“Auto Connect”，自动连接设备
3、可以看到 JTAG 扫描到 arm 和 FPGA 内核（图中为 xc7z015，AC7010 开发板实际为 xc7z010_1，AC7020 开发板实际为 xc7z020_1），还有一个 XADC，可以检测系统电压、温度

4、选择 xc7z010_1 或 xc7z020_1，右键“Program Device…”

5、点击program，等待下载
6、下载完成以后，我们可以看到 4 颗 LED 开始每秒变化一次。到此为止 Vivado 简单流程体验完成。后面的章节会介绍如果把程序烧录到 Flash，需要 PS 系统的配合才能完成，只有 PL的工程不能直接烧写 Flash。