Skip to content
AX7350B开发板用户手册

<synced_reference src-block-id="RDccdj1j9sRe4obbunBcGibYnkd" src-token="ByQPdCpKLoe1cwxPOJBcVnRnnIg"></synced_reference>

芯驿电子科技(上海)有限公司 基于AMD ZYNQ7000开发平台的开发板(型号:AX7350B)2022款正式发布了正式发布了,为了让您对此开发平台可以快速了解,我们编写了此用户手册。

这款ZYNQ7000 FPGA开发平台使用AMD的Zynq7000 SOC 芯片XC7Z035的解决方案,它采用ARM+FPGA SOC技术将双核ARM Cortex-A9 和FPGA 可编程逻辑集成在一颗芯片上。ZYNQ的PS端和PL端各挂载了2片512MB的高速DDR3 SDRAM芯片,另外PS端有1片8GB的eMMC存储芯片和1片256Mb的QSPI FLASH芯片。

外围电路方面我们为用户扩展了丰富的接口,比如1个PCIex4 接槽、2路光纤接口、2路千兆以太网接口、4路USB2.0 HOST接口、、1路HDMI输出接口,1路UART串口接口、1路SD卡接口、一个FMC扩展接口等等。满足用户各种高速数据交换,数据存储,视频传输处理以及工业控制的要求,是一款"专业级“的ZYNQ开发平台。为高速数据传输和交换,数据处理的前期验证和后期应用提供了可能。相信这样的一款产品非常适合从事ZYNQ开发的学生、工程师等群体。

图片展示了一块AX7350B开发板,其正面布局清晰可见。开发板上有一个显著的ALINX品牌风扇,周围分布着多个接口和连接器,包括PCIe x4插槽、光纤接口、千兆以太网接口、USB2.0 HOST接口、HDMI输出接口、UART串口接口、SD卡接口和FMC扩展接口。这些接口设计满足了用户在高速数据交换、数据存储、视频传输处理以及工业控制等方面的需求。图片在文档中起到直观展示AX7350B开发板硬件配置的作用,帮助读者更好地理解其功能和特点。

图0-0 AX7350B开发板

开发板

在这里,对这款AX7350B ZYNQ开发平台进行简单的功能介绍。

开发板主要由ZYNQ 7Z035主芯片,4个DDR3,1片eMMC,1个QSPI FLASH和一些外设接口组成。ZYNQ 7Z035采用AMD公司的Zynq7000系列的芯片,型号为XC7Z035-2FFG676。ZYNQ7Z035芯片可分成处理器系统部分Processor System(PS)和可编程逻辑部分Programmable Logic(PL)。在ZYNQ7350芯片的PS端和PL端分别挂了2片DDR3,每片DDR3容量高达512M字节,使得ARM系统和FPGA系统能独立处理和存储的数据的功能。PS端的8GB eMMC FLASH存储芯片和256Mb的QSPI FLASH用来静态存储ZYNQ的操作系统、文件系统及用户数据。

AX7350B开发板扩展了丰富的外围接口,其中包含1个PCIex4插槽、2路光纤接口、2路千兆以太网接口、4路USB2.0 HOST接口、1路HDMI输出接口,1路UART串口接口、1路SD卡接口、1个FMC扩展接口和一些按键LED。

下图为整个开发系统的结构示意图:

图片展示了一个AX7350B开发板的结构图,其中XILINX ZYNQ7000 XC7Z035FFG676-2芯片位于中心,连接着多个外围接口,包括USB2514、USB3320C、JL2121、ADV7511、JTAG、FT232HL、TXS0261、SD Card、FMC扩展口、SFP1、SFP2、DSC557、PCIE插槽等。通过这张图,我们可以清晰地看到开发板的接口布局和功能分布。

图1-1 AX7350B开发板结构图

通过这个示意图,我们可以看到,我们这个开发平台所能含有的接口和功能。

  • AMD ARM+FPGA芯片Zynq-7000 XC7Z035-2FFG676。
  • DDR3

带有四片大容量的512M字节(共2GB)高速DDR3 SDRAM。其中两片挂载在PS端,可作为ZYNQ芯片数据的缓存,也可以作为操作系统运行的内存; 另外两片挂在PL端,可作为FPGA的数据存储,图像分析缓存,数据处理。

  • eMMC

PS端挂载一片8GB eMMC FLASH存储芯片,用户存储操作系统文件或者其他用户数据。

  • QSPI FLASH

一片256Mbit的QSPI FLASH存储芯片, 可用作ZYNQ芯片的Uboot文件,系统文件和用户数据的存储;

  • PCIe 2.0 x4接口

一路标准的PCIEx8的主机插槽用于PCIE2.0 x4通信, 可用于连接PCIE2.0 x4, x2, x1的PCIE板卡,实现PCIE数据通信。支持PCI Express 2.0标准,单通道通信速率可高达5GBaud。

  • 2路SFP光纤接口

ZYNQ的GTX收发器的2路高速收发器连接到2个光模块的发送和接收,实现2路高速的光纤通信接口。每路的光纤数据通信接收和发送的速度高达10Gb/s。

  • 千兆以太网接口

2路10/100M/1000M以太网RJ45接口,用于和电脑或其它网络设备进行以太网数据交换。网络接口芯片采用景略半导体的JL2121工业级GPHY芯片,1路以太网连接到ZYNQ芯片的PS端,1路以太网连接到ZYNQ芯片的PL端。

  • HDMI视频输出

1路HDMI视频输出接口,我们选用了ANALOG DEVICE公司的ADV7511 HDMI编码芯片,最高支持1080P@60Hz输出,支持3D输出。

  • USB2.0 HOST接口

通过USB Hub芯片扩展4路USB HOST接口,用于连接外部的USB从设备,比如连接鼠标,键盘,U盘等等。USB接口采用扁型USB接口(USB Type A)。

  • USB Uart接口

2路Uart转USB接口,用于和电脑通信,方便用户调试。1路在核心板上,核心板独立工作是使用,1路在底板上, 整板调试时使用。串口芯片采用Silicon Labs CP2102GM的USB-UAR芯片, USB接口采用MINI USB接口。

  • Micro SD卡座

1路Micro SD卡座,用于存储操作系统镜像和文件系统。

  • FMC扩展口

1个标准的FMC LPC的扩展口,可以外接AMD或者我们黑金的各种FMC模块(HDMI输入输出模块,双目摄像头模块,高速AD模块等等)。FMC扩展口包含34对差分IO信号和一路高速GTX收发信号。

  • USB JTAG口

一路USB JTAG口,通过USB线及板载的JTAG电路对ZYNQ系统进行调试和下载

  • 时钟

板载一个33.333Mhz的有源晶振,给PS系统提供稳定的时钟源,一个50MHz的有源晶振,为PL逻辑提供额外的时钟;另外板上有一个可编程的时钟芯片给GTX提供时钟源,为PCIE,光纤和DDR工作提供参考时钟。

  • LED灯

9个发光二极管LED, 1个电源指示灯;1个DONE配置指示灯;2个串口通信指示灯,1个PS控制LED灯,4个PL控制指示灯。

  • 按键

6个按键,1个复位按键,1个PS用户按键,4个PL用户按键。

ZYNQ芯片

开发板使用的是AMD公司的Zynq7000系列的芯片,型号为XC7Z035-2FFG676。芯片的PS系统集成了两个ARM Cortex™-A9处理器,AMBA®互连,内部存储器,外部存储器接口和外设。这些外设主要包括USB总线接口,以太网接口,SD/SDIO接口,I2C总线接口,CAN总线接口,UART接口,GPIO等。PS可以独立运行并在上电或复位下启动。ZYNQ7000芯片的总体框图如图2-1所示

图片展示了ZYNQ7000芯片的总体框图,分为Processing System (PS) 和 Programmable Logic (PL) 两部分。PS部分包括ARM双核Cortex-A9处理器、缓存、外部存储接口、网络接口、USB接口、CAN接口、SD卡控制器、SPI和UART等。PL部分则包含高带宽连接、DMA通道、配置通道、中断控制器、AXI接口、PCIe接口等。图片在文档中用于直观展示ZYNQ7000芯片的内部结构和主要功能模块,帮助读者更好地理解芯片的硬件配置。

图2-1 ZYNQ7000芯片的总体框图

其中PS系统部分的主要参数如下:

  • 基于ARM 双核CortexA9 的应用处理器,ARM-v7架构 高达800MHz
  • 每个CPU 32KB 1级指令和数据缓存,512KB 2级缓存 2个CPU共享
  • 片上boot ROM和256KB 片内RAM
  • 外部存储接口,支持16/32 bit DDR2、DDR3接口
  • 两个千兆网卡支持:发散-聚集DMA ,GMII,RGMII,SGMII接口
  • 两个USB2.0 OTG接口,每个最多支持12节点
  • 两个CAN2.0B总线接口
  • 两个SD卡、SDIO、MMC兼容控制器
  • 2个SPI,2个UARTs,2个I2C接口
  • 54个多功能配置的IO,可以软件配置成普通IO或者外设控制接口
  • PS内和PS到PL的高带宽连接

其中PL逻辑部分的主要参数如下:

  • 逻辑单元Logic Cells:275K;
  • 查找表LUTs: 171,900
  • 触发器(flip-flops):343,800
  • 乘法器18x25MACCs:900;
  • Block RAM:17.6Mb;
  • 8路高速GTX收发器,支持PCIE Gen2x8;
  • 2个AD转换器,可以测量片上电压、温度感应和高达17外部差分输入通道,1MBPS

XC7Z035-2FFG676I芯片的速度等级为-2,工业级,封装为FGG676,引脚间距为1.0mm,ZYNQ7000系列的具体的芯片型号定义如下图2-2所示。

图片展示了ZYNQ型号命名规则定义,包括Xilinx Commercial、Series、Zynq、Value Index、Single Core Indicator、Speed Grade、CL、FF、G、Package Pin Count和Temperature Grade等参数。图片中的ZYNQ型号命名规则定义了XC7Z035-2FFG676I芯片的具体标识,如XC表示Xilinx Commercial,7表示Series,Z表示Zynq,S表示Value Index,-1表示Speed Grade,FF表示Flip-chip Lidded(1mm),G表示RoHS 6/6,C表示Commercial(Tj=0°C to +85°C)。图片在上下文中起到解释ZYNQ芯片型号命名规则的作用,帮助读者理解XC7Z035-2FFG676I芯片的具体参数和封装信息。

图2-2 ZYNQ型号命名规则定义

图2-3为开发板所用的XC7Z035芯片实物图。

图片显示了一块XILINX ZYNQ芯片,型号为XC7Z035,封装为FGG676ABX1633,引脚间距为1.0mm。芯片上标有“TAIWAN”字样,表明其产地为台湾。图片在文档中用于展示XC7Z035芯片的实物,与上下文中的芯片型号命名规则和具体芯片型号定义相呼应,帮助读者更好地理解ZYNQ7000系列芯片的物理形态和规格。

图2-3 XC7Z035芯片实物

DDR3 DRAM

AX7350B开发板上配有四片Micron(美光)的512MB的DDR3芯片,型号为MT41J256M16HA-125(兼容MT41K256M16HA-125),其中PS和PL端各挂载两片。两片DDR3 SDRAM组成32bit的总线宽度。PS端的DDR3 SDRAM的最高运行速度可达533MHz(数据速率1066Mbps),两片DDR3存储系统直接连接到了ZYNQ处理系统(PS)的BANK 502的存储器接口上。PL端的DDR3 SDRAM的最高运行速度可达800MHz(数据速率1600Mbps),两片DDR3存储系统连接到了FPGA的BANK33, BANK34的接口上。DDR3 SDRAM的具体配置如下表3-1所示。

位号芯片型号容量厂家
U4,U5,U7,U8MT41J256M16HA-125256M x 16bitMicron

表3-1 DDR3 SDRAM配置

DDR3的硬件设计需要严格考虑信号完整性,我们在电路设计和PCB设计的时候已经充分考虑了匹配电阻/终端电阻,走线阻抗控制,走线等长控制, 保证DDR3的高速稳定的工作。

PS端的DDR3 DRAM的硬件连接方式如图3-1所示:

图片展示了ZYNQ与DDR3 DRAM之间的硬件连接关系。ZYNQ通过BANK 502与DDR3 DRAM U4和U5进行通信,其中U4接收数据高16位,U5接收地址线和控制线,U5再将数据低16位返回给ZYNQ。该图在文档中用于说明PS端DDR3 DRAM的硬件连接方式,帮助读者理解DDR3 DRAM在ZYNQ系统中的具体连接和数据传输路径。

图3-1 DDR3 DRAM原理图部分

PL端的DDR3 DRAM的硬件连接方式如图3-2所示:

图片展示了ZYNQ与DDR3 DRAM的硬件连接方式。ZYNQ通过地址线和控制线连接到DDR3 DRAM的U7和U8,分别传输数据的高16位和低16位。图片中的U7和U8分别标注为MT41J256M16HA-125,表示其芯片型号和容量。该图在文档中用于说明PS端的DDR3 DRAM硬件连接方式,帮助读者理解DDR3 DRAM在ZYNQ系统中的具体连接和数据传输路径。

图3-2 DDR3 DRAM原理图部分

PS端DDR3 DRAM引脚分配:

信号名称ZYNQ引脚名ZYNQ引脚号
PS_DDR3_DQS0_PPS_DDR_DQS_P0_502H24
PS_DDR3_DQS0_NPS_DDR_DQS_N0_502G25
PS_DDR3_DQS1_PPS_DDR_DQS_P1_502L24
PS_DDR3_DQS1_NPS_DDR_DQS_N1_502L25
PS_DDR3_DQS2_PPS_DDR_DQS_P2_502P25
PS_DDR3_DQS2_NPS_DDR_DQS_N2_502R25
PS_DDR3_DQS3_PPS_DDR_DQS_P3_502W24
PS_DDR3_DQS4_NPS_DDR_DQS_N3_502W25
PS_DDR3_D0PS_DDR_DQ0_502J26
PS_DDR3_D1PS_DDR_DQ1_502F25
PS_DDR3_D2PS_DDR_DQ2_502J25
PS_DDR3_D3PS_DDR_DQ3_502G26
PS_DDR3_D4PS_DDR_DQ4_502H26
PS_DDR3_D5PS_DDR_DQ5_502H23
PS_DDR3_D6PS_DDR_DQ6_502J24
PS_DDR3_D7PS_DDR_DQ7_502J23
PS_DDR3_D8PS_DDR_DQ8_502K26
PS_DDR3_D9PS_DDR_DQ9_502L23
PS_DDR3_D10PS_DDR_DQ10_502M26
PS_DDR3_D11PS_DDR_DQ11_502K23
PS_DDR3_D12PS_DDR_DQ12_502M25
PS_DDR3_D13PS_DDR_DQ13_502N24
PS_DDR3_D14PS_DDR_DQ14_502M24
PS_DDR3_D15PS_DDR_DQ15_502N23
PS_DDR3_D16PS_DDR_DQ16_502R26
PS_DDR3_D17PS_DDR_DQ17_502P24
PS_DDR3_D18PS_DDR_DQ18_502N26
PS_DDR3_D19PS_DDR_DQ19_502P23
PS_DDR3_D20PS_DDR_DQ20_502T24
PS_DDR3_D21PS_DDR_DQ21_502T25
PS_DDR3_D22PS_DDR_DQ22_502T23
PS_DDR3_D23PS_DDR_DQ23_502R23
PS_DDR3_D24PS_DDR_DQ24_502V24
PS_DDR3_D25PS_DDR_DQ25_502U26
PS_DDR3_D26PS_DDR_DQ26_502U24
PS_DDR3_D27PS_DDR_DQ27_502U25
PS_DDR3_D28PS_DDR_DQ28_502W26
PS_DDR3_D29PS_DDR_DQ29_502Y25
PS_DDR3_D30PS_DDR_DQ30_502Y26
PS_DDR3_D31PS_DDR_DQ31_502W23
PS_DDR3_DM0PS_DDR_DM0_502G24
PS_DDR3_DM1PS_DDR_DM1_502K25
PS_DDR3_DM2PS_DDR_DM2_502P26
PS_DDR3_DM3PS_DDR_DM3_502V26
PS_DDR3_A0PS_DDR_A0_502K22
PS_DDR3_A1PS_DDR_A1_502K20
PS_DDR3_A2PS_DDR_A2_502N21
PS_DDR3_A3PS_DDR_A3_502L22
PS_DDR3_A4PS_DDR_A4_502M20
PS_DDR3_A5PS_DDR_A5_502N22
PS_DDR3_A6PS_DDR_A6_502L20
PS_DDR3_A7PS_DDR_A7_502J21
PS_DDR3_A8PS_DDR_A8_502T20
PS_DDR3_A9PS_DDR_A9_502U20
PS_DDR3_A10PS_DDR_A10_502M22
PS_DDR3_A11PS_DDR_A11_502H21
PS_DDR3_A12PS_DDR_A12_502P20
PS_DDR3_A13PS_DDR_A13_502J20
PS_DDR3_A14PS_DDR_A14_502R20
PS_DDR3_BA0PS_DDR_BA0_502U22
PS_DDR3_BA1PS_DDR_BA1_502T22
PS_DDR3_BA2PS_DDR_BA2_502R22
PS_DDR3_S0PS_DDR_CS_B_502Y21
PS_DDR3_RASPS_DDR_RAS_B_502V23
PS_DDR3_CASPS_DDR_CAS_B_502Y23
PS_DDR3_WEPS_DDR_WE_B_502V22
PS_DDR3_ODTPS_DDR_ODT_502Y22
PS_DDR3_RESETPS_DDR_DRST_B_502H22
PS_DDR3_CLK0_PPS_DDR_CKP_502R21
PS_DDR3_CLK0_NPS_DDR_CKN_502P21
PS_DDR3_CKEPS_DDR_CKE_502U21

表3-2 PS DDR4 SDRAM配置

PL端DDR3 DRAM引脚分配:

信号名称ZYNQ引脚名ZYNQ引脚号
PL_DDR3_DQS0_PIO_L3P_T0_DQS_33G2
PL_DDR3_DQS0_NIO_L3N_T0_DQS_33F2
PL_DDR3_DQS1_PIO_L9P_T1_DQS_33K2
PL_DDR3_DQS1_NIO_L9N_T1_DQS_33K1
PL_DDR3_DQS2_PIO_L15P_T2_DQS_33N3
PL_DDR3_DQS2_NIO_L15N_T2_DQS_33N2
PL_DDR3_DQS3_PIO_L21P_T3_DQS_33M8
PL_DDR3_DQS4_NIO_L21N_T3_DQS_33L8
PL_DDR3_D0IO_L5N_T0_33E1
PL_DDR3_D1IO_L1N_T0_33F4
PL_DDR3_D2IO_L4P_T0_33D1
PL_DDR3_D3IO_L1P_T0_33G4
PL_DDR3_D4IO_L2N_T0_33D3
PL_DDR3_D5IO_L5P_T0_33E2
PL_DDR3_D6IO_L2P_T0_33D4
PL_DDR3_D7IO_L4N_T0_33C1
PL_DDR3_D8IO_L7N_T1_33H1
PL_DDR3_D9IO_L10N_T1_33G1
PL_DDR3_D10IO_L7P_T1_33J1
PL_DDR3_D11IO_L8N_T1_33H3
PL_DDR3_D12IO_L11N_T1_SRCC_33K3
PL_DDR3_D13IO_L8P_T1_33H4
PL_DDR3_D14IO_L11P_T1_SRCC_33L3
PL_DDR3_D15IO_L10P_T1_33H2
PL_DDR3_D16IO_L18P_T2_33N1
PL_DDR3_D17IO_L14P_T2_SRCC_33L5
PL_DDR3_D18IO_L14N_T2_SRCC_33L4
PL_DDR3_D19IO_L13P_T2_MRCC_33M6
PL_DDR3_D20IO_L16P_T2_33M2
PL_DDR3_D21IO_L17P_T2_33N4
PL_DDR3_D22IO_L16N_T2_33L2
PL_DDR3_D23IO_L17N_T2_33M4
PL_DDR3_D24IO_L23P_T3_33N7
PL_DDR3_D25IO_L22N_T3_33J6
PL_DDR3_D26IO_L19P_T3_33M7
PL_DDR3_D27IO_L20N_T3_33J5
PL_DDR3_D28IO_L24P_T3_33K8
PL_DDR3_D29IO_L20P_T3_33K5
PL_DDR3_D30IO_L24N_T3_33K7
PL_DDR3_D31IO_L22P_T3_33K6
PL_DDR3_DM0IO_L6P_T0_33F3
PL_DDR3_DM1IO_L12P_T1_MRCC_33J4
PL_DDR3_DM2IO_L13N_T2_MRCC_33M5
PL_DDR3_DM3IO_L23N_T3_33N6
PL_DDR3_A0IO_L17N_T2_34A8
PL_DDR3_A1IO_L23P_T3_34C2
PL_DDR3_A2IO_L14P_T2_SRCC_34D6
PL_DDR3_A3IO_L15N_T2_DQS_34B9
PL_DDR3_A4IO_L10N_T1_34D5
PL_DDR3_A5IO_L17P_T2_34A9
PL_DDR3_A6IO_L11N_T1_SRCC_34E7
PL_DDR3_A7IO_L15P_T2_DQS_34C9
PL_DDR3_A8IO_L12N_T1_MRCC_34F7
PL_DDR3_A9IO_L18N_T2_34A7
PL_DDR3_A10IO_L24N_T3_34A2
PL_DDR3_A11IO_L11P_T1_SRCC_34F8
PL_DDR3_A12IO_L23N_T3_34B1
PL_DDR3_A13IO_L16P_T2_34B10
PL_DDR3_A14IO_L12P_T1_MRCC_34G7
PL_DDR3_BA0IO_L18P_T2_34B7
PL_DDR3_BA1IO_L19N_T3_VREF_34C3
PL_DDR3_BA2IO_L22N_T3_34A3
PL_DDR3_S0IO_L14N_T2_SRCC_34C6
PL_DDR3_RASIO_L19P_T3_34C4
PL_DDR3_CASIO_L20N_T3_34B4
PL_DDR3_WEIO_L20P_T3_34B5
PL_DDR3_ODTIO_L22P_T3_34A4
PL_DDR3_RESETIO_L16N_T2_34A10
PL_DDR3_CLK0_PIO_L21P_T3_DQS_34B6
PL_DDR3_CLK0_NIO_L21N_T3_DQS_34A5
PL_DDR3_CKEIO_L24P_T3_34B2

表3-3 PL DDR4 SDRAM配置

QSPI Flash

开发板配有一片256MBit大小的Quad-SPI FLASH芯片,型号为W25Q256FVEI,它使用3.3V CMOS电压标准。由于QSPI FLASH的非易失特性,在使用中, 它可以作为系统的启动设备来存储系统的启动镜像。这些镜像主要包括FPGA的bit文件、ARM的应用程序代码以及其它的用户数据文件。QSPI FLASH的具体型号和相关参数见表4-1。
位号芯片类型容量厂家
U7W25Q256FVEI32M ByteWinbond

表4-1 QSPI Flash的型号和参数

QSPI FLASH连接到ZYNQ芯片的PS部分BANK500的GPIO口上,在系统设计中需要配置这些PS端的GPIO口功能为QSPI FLASH接口。为图4-1为QSPI Flash在原理图中的部分。

图片展示了一个QSPI Flash连接示意图,其中ZYNQ芯片(U1)通过QSPI_CS、QSPI_SCK和QSPI_D0~QSPI_D3引脚连接到QSPI FLASH(U10)。图中ZYNQ芯片被标记为“BANK 500”,而QSPI FLASH则被标注为“W25Q256F”。该图在文档中用于说明QSPI Flash的硬件连接配置,帮助读者理解ZYNQ与QSPI FLASH之间的信号传输关系。

图4-1 QSPI Flash连接示意图

配置芯片引脚分配:

信号名称ZYNQ引脚名ZYNQ引脚号
QSPI_SCKPS_MIO6_500F23
QSPI_CSPS_MIO1_500D26
QSPI_D0PS_MIO2_500E25
QSPI_D1PS_MIO3_500D25
QSPI_D2PS_MIO4_500F24
QSPI_D3PS_MIO5_500C26

表4-2 QSPI Flash引脚分配

eMMC Flash

开发板配有一片大容量的8GB大小的eMMC FLASH芯片,型号为MTFC8GAKAJCN-4MIT\FEMDRW008G-88A39(两者都兼容不影响用户使用,具体型号以发货为准),它支持JEDEC e-MMC V5.0标准的HS-MMC接口,电平支持1.8V或者3.3V。eMMC FLASH和ZYNQ连接的数据宽度为4bit。由于eMMC FLASH的大容量和非易失特性,在ZYNQ系统使用中,它可以作为系统大容量的存储设备,比如存储ARM的应用程序、系统文件以及其它的用户数据文件。eMMC FLASH的具体型号和相关参数见表5-1。

位号芯片类型容量厂家
U11MTFC8GAKAICN-4MIT
FEMDRW008G-88A39
8G ByteLongsys

表5-1 eMMC Flash的型号和参数

eMMC FLASH连接到ZYNQ芯片的PS部分BANK501的GPIO口上,在系统设计中需要配置这些PS端的GPIO口功能为SD接口。为图5-1为eMMC Flash在原理图中的部分。

图片展示了ZYNQ芯片与eMMC Flash之间的连接示意图。ZYNQ芯片的BANK501部分通过MMC_CCLK、MMC_CMD和MMC_DAT0~MMC_DAT3信号线与eMMC Flash进行通信。eMMC Flash的型号为THGBMFG6C1 LBAIL,容量为8G Byte。该图在上下文中用于说明eMMC Flash在系统设计中的连接方式,帮助读者理解eMMC Flash与ZYNQ芯片之间的信号传输关系。

图5-1 eMMC Flash连接示意图

配置芯片引脚分配:

信号名称ZYNQ引脚名ZYNQ引脚号
MMC_CCLKPS_MIO48_501B21
MMC_CMDPS_MIO47_501B19
MMC_D0PS_MIO46_501E17
MMC_D1PS_MIO49_501A18
MMC_D2PS_MIO50_501B22
MMC_D3PS_MIO51_501B20

表5-2 eMMC Flash引脚分配

时钟配置

AX7350B开发板上分别为PS系统,PL逻辑部分,PL的收发器提供了有源时钟,使PS系统和PL逻辑可以单独工作。

PS系统时钟源

ZYNQ芯片通过开发板上的X4晶振为PS部分提供33.333MHz的时钟输入。时钟的输入连接到ZYNQ芯片的BANK500的PS_CLK_500的管脚上。其原理图如图6-1所示:

图片内容:该图展示了一个有源晶振的原理图,其中X4晶振的引脚1和4分别连接到电源(+3.3V)和地,引脚2和3通过电阻R17(33R)连接到PS_CLK信号。此外,晶振的引脚3还连接到电容C8(0.1μF)。 图片作用:该图是AX7350B开发板用户手册中关于时钟配置部分的PS部分有源晶振原理图,用于说明PS_CLK信号的产生过程,以及晶振在系统中的连接方式。

图6-1 PS部分的有源晶振

时钟引脚分配:

信号名称ZYNQ引脚
PS_CLKB24

表6-1 PS时钟引脚分配

PL系统时钟源

板上提供了一个单端50MHz的PL系统时钟源,1.8V供电。晶振输出连接到FPGA BANK35的全局时钟(MRCC),这个GCLK可以用来驱动FPGA内的用户逻辑电路。该时钟源的原理图如图6-3所示

图片内容:该图展示了50MHz时钟信号的原理图,包括CLK_50MHZ信号通过RJ41连接到X3芯片的引脚3,X3芯片的引脚4连接到1K电阻和C354电容,形成一个简单的时钟信号路径。图片在上下文中的作用:该图是AX7350B开发板用户手册中时钟配置部分的原理图示例,用于说明PL系统时钟源的具体连接方式。

图 6-3 PL系统时钟源

PL时钟引脚分配:

信号名称ZYNQ引脚
CLK_50MHZJ14

表6-2 PL时钟引脚分配

DDR参考时钟

一路200Mhz的差分晶振提供给BANK34,作为PL的DDR控制器的参考时钟;

图片内容:该图展示了一个200MHz时钟参考源的原理图,包括一个差分晶振、一个PLL(锁相环)以及相关的滤波电容和电阻。信号CLK0_P和CLK0_N分别从C8和C7引脚输出,用于PL时钟分配。 图片作用:该图在文档中用于说明DDR控制器的参考时钟来源,即一路200MHz的差分晶振,为BANK34提供时钟信号,用于PL的DDR控制器。

图 6-5 200Mhz时钟参考源

PL时钟引脚分配:

信号名称ZYNQ引脚
CLK0_PC8
CLK0_NC7

表6-3 PL时钟引脚分配

收发器参考时钟

一路156Mhz的差分晶振提供给BANK111,作为GTX收发器的SFP的参考时钟;另外通过DSC557-0334FI1芯片产生2路100Mhz的差分参考时钟分别提供给BANK112和PCIE SOCKET。参考电路设计的示意图如下图所示:

图片内容:该图展示了AX7350B开发板上ZYNQ芯片的时钟配置示意图。ZYNQ芯片通过PCIE插槽接收PCIE_REFCLK信号,并通过SFP_CLK0_C_P/N和PCIE_CLK0_P/N分别连接到DSC557-0334F1时钟模块。时钟模块输出156.25MHz的时钟信号。图片中的ZYNQ芯片和时钟模块通过引脚分配表进一步说明了可编程时钟源的分配情况。 图片作用:该图在文档中用于说明参考电路设计中的可编程时钟源配置,帮助读者理解ZYNQ芯片与时钟模块之间的连接关系及其时钟信号的分配。

图 6-6 可编程时钟源

可编程时钟源ZYNQ引脚分配:

信号名称ZYNQ引脚
PCIE_CLK0_PR6
PCIE_CLK0_NR5
SFP_CLK0_C_PAA6
SFP_CLK0_C_NAA5

表2-6-4 可编程时钟引脚分配

USB转串口

开发板上配备了一个Uart转USB接口,用于核心板单独供电和调试。转换芯片采用Silicon Labs CP2102GM的USB-UAR芯片, USB接口采用MINI USB接口,可以用一根USB线将它连接到上PC的USB口进行核心板的单独供电和串口数据通信 。

USB Uart电路设计的示意图如下图所示:

图片内容:该图展示了USB转串口电路设计的示意图。图中ZYNQ芯片通过UART_RXD和UART_TXD引脚连接到UART-USB模块,UART-USB模块再通过Mini USB接口与外部设备连接。ZYNQ芯片的B25引脚对应UART_RXD,A23引脚对应UART_TXD。 图片作用:该图在文档中用于说明USB转串口电路设计的示意图,帮助读者理解ZYNQ芯片与UART-USB模块之间的信号传输关系,以及如何通过Mini USB接口与外部设备通信。

图7-1 USB转串口示意图

USB转串口的ZYNQ引脚分配:

信号名称ZYNQ引脚名ZYNQ引脚号备注
UART_RXDPS_MIO13_500B25Uart数据输入
UART_TXDPS_MIO12_500A23Uart数据输出

表7-1 USB转串口引脚分配

千兆以太网接口

AX7350B开发板上有2路千兆以太网接口,其中1路以太网接口是连接的PS系统端,另外1路以太网接口是连接到PL的逻辑IO口上。连接到PL端的千兆以太网接口需要通过程序调用IP挂载到ZYNQ的AXI总线系统上。

以太网芯片采用景略半导体的工业级以太网GPHY芯片(JL2121-N040I)为用户提供网络通信服务。PS端的以太网PHY芯片是连接到ZYNQ的PS端BANK501的GPIO接口上。PL端的的以太网PHY芯片是连接到BANK35 的IO上。JL2121芯片支持10/100/1000 Mbps网络传输速率,通过RGMII接口跟Zynq7000系统的MAC层进行数据通信。JL2121D支持MDI/MDX自适应,各种速度自适应,Master/Slave自适应,支持MDIO总线进行PHY的寄存器管理。

JL2121上电会检测一些特定的IO的电平状态,从而确定自己的工作模式。表8-1 描述了GPHY芯片上电之后的默认设定信息。

配置Pin脚说明配置值
RXD3_ADR0
RXC_ADR1
RXCTL_ADR2
MDIO/MDC 模式的PHY地址PHY Address 为 001
RXD1_TXDLYTX时钟2ns延时延时
RXD0_RXDLYRX时钟2ns延时延时

表8-1 PHY芯片默认配置值

当网络连接到千兆以太网时,ZYNQ和PHY芯片JL2121的数据传输时通过RGMII总线通信,传输时钟为125Mhz,数据在时钟的上升沿和下降样采样。

当网络连接到百兆以太网时,ZYNQ和PHY芯片JL2121的数据传输时通过RMII总线通信,传输时钟为25Mhz。数据在时钟的上升沿和下降样采样。

图8-1为ZYNQ PS端1路以太网PHY芯片连接示意图:

图片展示了ZYNQ PS端与GPHY(JL2121)连接的示意图。ZYNQ的BANK 501和BANK 500分别通过PHY1_TXCK、PHY1_TXCTL、PHY1_RXCK、PHY1_RXCTL、PHY1_TXD0~PHY1_TXD3、PHY1_MDC、PHY1_MDIO和PHY1_RESET等信号与GPHY进行通信。该图详细说明了ZYNQ PS端与GPHY之间的数据传输路径和控制信号,帮助读者理解ZYNQ与GPHY之间的连接关系和数据传输机制。

图8-1 ZYNQ PS系统与GPHY连接示意图

图8-2为ZYNQ PL端1路以太网PHY芯片连接示意图:

图片展示了ZYNQ PS端与GPHY连接的示意图,其中ZYNQ BANK 35通过一系列信号线与GPHY芯片JL2121相连。信号线包括PHY2_TXCK、PHY2_TXCTL、PHY2_TXD0~PHY2_TXD3、PHY2_RXCK、PHY2_RXCTL、PHY2_RXD0~PHY2_RXD3、PHY2_MDC、PHY2_MDIO和PHY2_RESET。该图详细说明了ZYNQ PS端与GPHY芯片之间的数据传输路径和控制信号,为后续的硬件连接和调试提供了直观的参考。

图8-2 ZYNQ PL端与GPHY连接示意图

PS端千兆以太网引脚分配如下:

信号名称ZYNQ引脚名ZYNQ引脚号备注
PHY1_TXCKPS_MIO16_501G21RGMII 发送时钟
PHY1_TXD0PS_MIO17_501G17发送数据bit0
PHY1_TXD1PS_MIO18_501G20发送数据bit1
PHY1_TXD2PS_MIO19_501G19发送数据bit2
PHY1_TXD3PS_MIO20_501H19发送数据bit3
PHY1_TXCTLPS_MIO21_501F22发送使能信号
PHY1_RXCKPS_MIO22_501G22RGMII接收时钟
PHY1_RXD0PS_MIO23_501F20接收数据Bit0
PHY1_RXD1PS_MIO24_501J19接收数据Bit1
PHY1_RXD2PS_MIO25_501F19接收数据Bit2
PHY1_RXD3PS_MIO26_501H17接收数据Bit3
PHY1_RXCTLPS_MIO27_501F18接收数据有效信号
PHY1_MDCPS_MIO52_501A20MDIO管理时钟
PHY1_MDIOPS_MIO53_501A19MDIO管理数据
PHY1_RESETPS_MIO7_500E23复位信号

表8-2 PS以太网引脚分配

PL端千兆以太网引脚分配如下:

信号名称ZYNQ引脚名ZYNQ引脚号备注
PHY2_TXCKIO_L4N_T0_35D11RGMII 发送时钟
PHY2_TXD0IO_L3N_T0_DQS_AD1N_35F10发送数据bit0
PHY2_TXD1IO_L3P_T0_DQS_AD1P_35G10发送数据bit1
PHY2_TXD2IO_L2N_T0_AD8N_35D10发送数据bit2
PHY2_TXD3IO_L2P_T0_AD8P_35E10发送数据bit3
PHY2_TXCTLIO_L4P_T0_35E11发送使能信号
PHY2_RXCKIO_L11P_T1_SRCC_35G14RGMII接收时钟
PHY2_RXD0IO_L6P_T0_35F13接收数据Bit0
PHY2_RXD1IO_L1P_T0_AD0P_35F12接收数据Bit1
PHY2_RXD2IO_L1N_T0_AD0N_35E12接收数据Bit2
PHY2_RXD3IO_L5N_T0_AD9N_35G11接收数据Bit3
PHY2_RXCTLIO_L6N_T0_VREF_35E13接收数据有效信号
PHY2_MDCIO_0_VRN_35H16MDIO管理时钟
PHY2_MDIOIO_L7P_T1_AD2P_35H13MDIO管理数据
PHY2_RESETIO_L7N_T1_AD2N_35H12复位信号

表8-3 PL以太网引脚分配

USB2.0 Host接口

AX7350B开发板上有4个USB2.0 HOST接口,USB2.0收发器采用的是一个1.8V的,高速的支持ULPI标准接口的USB3320C-EZK芯片,再通过一个USB HUB芯片USB2514扩展出4路USB HOST接口。ZYNQ的USB总线接口和USB3320C-EZK收发器相连接,实现高速的USB2.0 Host模式的数据通信。USB3320C的USB的数据和控制信号连接到ZYNQ芯片PS端的BANK501的IO口上,USB接口差分信号(DP/DM)连接到USB2514芯片扩展出4个USB接口。2个24MHz的晶振为分别为USB3320C和USB2514芯片提供时钟。

4个USB接口为扁型USB接口(USB Type A),方便用户同时连接不同的USB Slave外设(比如USB鼠标和USB键盘),每个USB接口提供了+5V的电源。

ZYNQ处理器和USB3320C-EZK芯片及USB2514芯片连接的示意图如9-1所示:

图片展示了ZYNQ处理器与USB芯片间的连接示意图。ZYNQ处理器通过OTG_CLK、OTG_STP、OTG_NXT、OTG_DIR、OTG_DATA0~OTG_DATA7和OTG_RESET等引脚与USB3320C芯片相连,而USB3320C芯片则通过DP/DM与USB2514芯片连接。USB2514芯片通过四个USB A-Type接口提供电源。该图在文档中用于说明ZYNQ处理器和USB芯片之间的连接关系,帮助读者理解USB2.0 Host接口的具体实现。

图9-1 Zynq7000和USB芯片间连接示意图

USB2.0引脚分配:

信号名称ZYNQ引脚名ZYNQ引脚号备注
OTG_DATA4PS_MIO28_501J18USB数据Bit4
OTG_DIRPS_MIO29_501E20USB数据方向信号
OTG_STPPS_MIO30_501K19USB停止信号
OTG_NXTPS_MIO31_501E21USB下一数据信号
OTG_DATA0PS_MIO32_501K17USB数据Bit0
OTG_DATA1PS_MIO33_501E22USB数据Bit1
OTG_DATA2PS_MIO34_501J16USB数据Bit2
OTG_DATA3PS_MIO35_501D19USB数据Bit3
OTG_CLKPS_MIO36_501K16USB时钟信号
OTG_DATA5PS_MIO37_501D20USB数据Bit5
OTG_DATA6PS_MIO38_501D21USB数据Bit6
OTG_DATA7PS_MIO39_501C21USB数据Bit7
OTG_RESETNPS_MIO8_500A24USB复位信号

表9-1 USB2.0引脚分配

HDMI输出接口

HDMI输出接口的实现,是选用ANALOG DEVICE公司的ADV7511 HDMI(DVI)编码芯片,最高支持1080P@60Hz输出,支持3D输出。

其中,ADV7511的视频数字接口,音频数字接口和I2C配置接口和ZYNQ7000 PL部分的BANK35 IO相连,ZYNQ7000系统通过I2C管脚来对ADV7511进行初始化和控制操作。ADV7511芯片和ZYNQ7000的硬件连接示意图如下图10-1所示:

图片展示了ZYNQ7000与ADV7511 HDMI编码芯片的硬件连接示意图。ZYNQ7000的BANK35 IO通过HDMI_CLK、HDMI_HSYNC、HDMI_VSYNC、HDMI_DE、HDMI_D0至HDMI_D23等信号与ADV7511的视频数字接口相连,同时通过HDMI_SPDIF和HDMI_SPDIFOUT与ADV7511的音频数字接口相连。ADV7511的I2C配置接口通过HDMI_SCL和HDMI_SDA与ZYNQ7000的I2C管脚相连,用于初始化和控制ADV7511。该图直观地展示了ZYNQ7000与ADV7511之间的信号传输关系,为HDMI输出接口的设计提供了硬件连接参考。

图10-1 HDMI接口设计原理图

ZYNQ的引脚分配:

信号名称ZYNQ引脚名ZYNQ引脚号备注
HDMI_CLKIO_L8P_T1_AD10P_35K13HDMI视频信号时钟
HDMI_HSYNCIO_L23P_T3_35C11HDMI视频信号行同步
HDMI_VSYNCIO_L22N_T3_AD7N_35B12HDMI视频信号列同步
HDMI_DEIO_L9P_T1_DQS_AD3P_35K15HDMI视频信号有效
HDMI_D0IO_L10P_T1_AD11P_35G16HDMI视频信号数据0
HDMI_D1IO_L16P_T2_35E16HDMI视频信号数据1
HDMI_D2IO_L9N_T1_DQS_AD3N_35J15HDMI视频信号数据2
HDMI_D3IO_L14N_T2_AD4N_SRCC_35E15HDMI视频信号数据3
HDMI_D4IO_L14P_T2_AD4P_SRCC_35F15HDMI视频信号数据4
HDMI_D5IO_L10N_T1_AD11N_35G15HDMI视频信号数据5
HDMI_D6IO_L11N_T1_SRCC_35F14HDMI视频信号数据6
HDMI_D7IO_L12N_T1_MRCC_35H14HDMI视频信号数据7
HDMI_D8IO_L8N_T1_AD10N_35J13HDMI视频信号数据8
HDMI_D9IO_25_VRP_35K12HDMI视频信号数据9
HDMI_D10IO_L23N_T3_35B11HDMI视频信号数据10
HDMI_D11IO_L22P_T3_AD7P_35C12HDMI视频信号数据11
HDMI_D12IO_L19P_T3_35D13HDMI视频信号数据12
HDMI_D13IO_L24N_T3_AD15N_35A12HDMI视频信号数据13
HDMI_D14IO_L19N_T3_VREF_35C13HDMI视频信号数据14
HDMI_D15IO_L24P_T3_AD15P_35A13HDMI视频信号数据15
HDMI_D16IO_L13N_T2_MRCC_35D14HDMI视频信号数据16
HDMI_D17IO_L13P_T2_MRCC_35D15HDMI视频信号数据17
HDMI_D18IO_L21N_T3_DQS_AD14N_35A14HDMI视频信号数据18
HDMI_D19IO_L20N_T3_AD6N_35B14HDMI视频信号数据19
HDMI_D20IO_L21P_T3_DQS_AD14P_35A15HDMI视频信号数据20
HDMI_D21IO_L17N_T2_AD5N_35B15HDMI视频信号数据21
HDMI_D22IO_L16N_T2_35D16HDMI视频信号数据22
HDMI_D23IO_L17P_T2_AD5P_35B16HDMI视频信号数据23
HDMI_SPDIFIO_L20P_T3_AD6P_35C14HDMI音频S/PDIF输入
HDMI_SPDIFOUTIO_L18P_T2_AD13P_35B17HDMI音频S/PDIF输出
HDMI_INTIO_L15P_T2_DQS_AD12P_35C17HDMI中断信号
HDMI_SCLIO_L18N_T2_AD13N_35A17HDMI IIC控制时钟
HDMI _SDAIO_L15N_T2_DQS_AD12N_35C16HDMI IIC控制数据

表10-1 HDMI输出接口引脚分配

光纤接口

AX7350B开发板上有2路光纤接口,用户可以购买SFP光模块(市场上1.25G,2.5G,10G光模块)插入到这2个光纤接口中进行光纤数据通信。2路光纤接口分别跟ZYNQ的BANK111的GTX收发器的2路RX/TX相连接,TX信号和RX信号都是以差分信号方式通过隔直电容连接ZYNQ和光模块,每路TX发送和RX接收数据速率高达10Gb/s。BANK111的GTX收发器的参考时钟由是156.25Mhz差分晶振提供。

FPGA和光纤设计示意图如下图11-1所示:

图片内容:该图展示了ZYNQ芯片与SFP光模块的光纤接口设计示意图。图中包括两个SFP光模块(SFP1和SFP2),以及与之相连的ZYNQ芯片。ZYNQ芯片的BANK111 GTX部分与SFP1相连,BANK12部分与SFP2相连。图中还标注了SFP1和SFP2的引脚分配,如SFP1_TX_P、SFP1_RX_P等,以及相应的备注信息。 图片作用:该图在文档中用于说明FPGA和光纤设计示意图,具体展示了第1路光纤接口ZYNQ引脚的分配情况,帮助读者理解ZYNQ芯片与SFP光模块之间的连接关系及其引脚分配。

图11-1 光纤设计示意图

第1路光纤接口ZYNQ引脚分配如下:

网络名称ZYNQ引脚备注
SFP1_TX_PAF4SFP光模块数据发送 Positive
SFP1_TX_NAF3SFP光模块数据发送Negative
SFP1_RX_PAE6SFP光模块数据接收 Positive
SFP1_RX_PAE5SFP光模块数据接收Negative
SFP1_TX_DIS_LSAA14SFP光模块光发射禁止,高有效
SFP1_LOSS_LSW16SFP光接收LOSS信号,高表示没有接收到光信号

表11-1 光纤第一路引脚分配

第2路光纤接口ZYNQ引脚分配如下:

网络名称ZYNQ引脚备注
SFP2_TX_PAE2SFP光模块数据发送 Positive
SFP2_TX_NAE1SFP光模块数据发送Negative
SFP2_RX_PAC6SFP光模块数据接收 Positive
SFP2_RX_PAC5SFP光模块数据接收Negative
SFP2_TX_DIS_LSY16SFP光模块光发射禁止,高有效
SFP2_LOSS_LSW15SFP光接收LOSS信号,高表示没有接收到光信号

表11-2 光纤第二路引脚分配

PCIe插槽

AX7350B开发板上有一个PCIe的插槽,在物理上可以连接PCIe的板卡。在电气连接上我们只有4对收发器连接到PCIEx8的插槽上,所以只能实现PCIEex4, PCIex2, PCIex1的数据通信。

PCIe接口的收发信号直接跟ZYNQ BANK112的GTX收发器相连接,4路TX信号和RX信号都是以差分信号方式连接到BANK112,单通道通信速率可高达5G bit带宽。PCIe插槽的参考时钟由时钟芯片DSC557-0334FI1提供,参考时钟频率为100Mhz。

开发板的PCIe接口的设计示意图如下图12-1所示,其中TX发送信号用AC耦合模式连接。

图片内容:该图展示了PCIe x4接口的FPGA引脚分配,其中ZYNQ BANK112 GTX收发器通过差分信号方式连接到PCIe插槽,接收和发送信号分别通过PCIe_TX3/P/N、PCIe_TX2/P/N、PCIe_TX1/P/N和PCIe_TX0/P/N引脚。此外,PCIe插槽的参考时钟由DSC557-0334FI1芯片提供,频率为100MHz。图片右侧还显示了PCIe x8卡槽的实物图。 图片作用:该图在文档中用于直观展示PCIe x4接口的FPGA引脚分配情况,帮助读者更好地理解PCIe插槽与ZYNQ BANK112 GTX收发器之间的连接方式和信号传输路径。

图12-1 PCIe插槽设计示意图

PCIe x4接口FPGA引脚分配如下:

网络名称FPGA引脚备注
PCIE_RX0_PAB4PCIE通道0数据接收 Positive
PCIE_RX0_NAB3PCIE通道0数据接收Negative
PCIE_RX1_PY4PCIE通道1数据接收 Positive
PCIE_RX1_NY3PCIE通道1数据接收Negative
PCIE_RX2_PV4PCIE通道2数据接收 Positive
PCIE_RX2_NV3PCIE通道2数据接收Negative
PCIE_RX3_PT4PCIE通道3数据接收 Positive
PCIE_RX3_NT3PCIE通道3数据接收Negative
PCIE_TX0_PAA2PCIE通道0数据发送 Positive
PCIE_TX0_NAA1PCIE通道0数据发送Negative
PCIE_TX1_PW2PCIE通道1数据发送 Positive
PCIE_TX1_NW1PCIE通道1数据发送Negative
PCIE_TX2_PU2PCIE通道2数据发送 Positive
PCIE_TX2_NU1PCIE通道2数据发送Negative
PCIE_TX3_PR2PCIE通道3数据发送 Positive
PCIE_TX3_NR1PCIE通道3数据发送Negative
PCIE_PERST_LSAA19PCIE板卡的复位信号
PCIE_PRSNT_LSAA18PCIE板卡的存在指示信号

表12-1 PCIe引脚分配

SD卡槽

AX7350B开发板包含了一个Micro型的SD卡接口,以提供用户访问SD卡存储器,用于存储ZYNQ芯片的BOOT程序,Linux操作系统内核, 文件系统以及其它的用户数据文件。

SDIO信号与ZYNQ的PS BANK501的IO信号相连,因为该BANK的VCCIO设置为1.8V,但SD卡的数据电平为3.3V, 我们这里通过TXS02612电平转换器来连接。Zynq7000 PS和SD卡连接器的原理图如图13-1所示。

图片展示了Zynq-7开发板与SD卡连接的示意图。Zynq-7的MIO引脚通过电压电平转换器(TXS02612RTWR)连接到SD卡。SD卡的引脚包括DAT2、DAT3、CMD、VDD、CLK、GND、DAT0和DAT1,分别连接到Zynq-7的MIO40、MIO44、MIO45、MIO41、MIO42和MIO43。SD卡插入信号SD_CD连接到Zynq-7的MIO10。此图详细说明了SD卡与Zynq-7开发板之间的信号连接关系,为用户手册提供了直观的参考。

图13-1 SD卡连接示意图

SD卡槽引脚分配

信号名称ZYNQ引脚名ZYNQ引脚号备注
SD_CLKPS_MIO40C22SD时钟信号
SD_CMDPS_MIO41C19SD命令信号
SD_D0PS_MIO42F17SD数据Data0
SD_D1PS_MIO43D18SD数据Data1
SD_D2PS_MIO44E18SD数据Data2
SD_D3PS_MIO45C18SD数据Data3
SD_CDPS_MIO10A25SD卡插入信号

表13-1 SD卡引脚分配

FMC连接器

AX7350B开发板带有一个标准的FMC LPC的扩展口,可以外接AMD或者我们黑金的各种FMC模块(HDMI输入输出模块,双目摄像头模块,高速AD模块等等)。FMC扩展口包含34对差分IO信号和一路高速GTX收发信号。

FMC扩展口的33对差分信号连接到ZYNQ芯片的BANK12, BANK13的IO上,BANK12和BANK13的IO电平标准是由BANK的电压VADJ决定的,默认为2.5V,使34对差分信号支持LVDS数据通信。另外一路GTX收发信号和参考时钟信号分别连接到ZYNQ BANK111的GTX收发器和时钟输入。Zynq7000和FMC连接器的原理图如图14-1所示。

图片展示了ZYNQ芯片与FMC连接器之间的连接示意图。ZYNQ芯片的BANK12和BANK13通过33对差分信号连接到FMC连接器,而BANK111的GTX收发器和时钟输入则通过另一路信号连接。图片中的箭头清晰地指示了信号的流向,帮助理解信号的具体连接关系。该图在文档中用于说明FMC连接器的连接方式,帮助读者更好地理解ZYNQ芯片与FMC连接器之间的信号传输路径。

图14-1 FMC连接器连接示意图

FMC连接器引脚分配

信号名称ZYNQ引脚名ZYNQ引脚号备注
FMC_CLK0_PIO_L12P_T1_MRCC_12AC13FMC参考第1路参考时钟P
FMC_CLK0_NIO_L12N_T1_MRCC_12AD13FMC参考第1路参考时钟N
FMC_CLK1_PIO_L13P_T2_MRCC_13AD20FMC参考第2路参考时钟P
FMC_CLK1_NIO_L13N_T2_MRCC_13AD21FMC参考第2路参考时钟N
FMC_LA00_CC_PIO_L13P_T2_MRCC_12AC14FMC参考第0路数据(时钟)P
FMC_LA00_CC_NIO_L13N_T2_MRCC_12AD14FMC参考第0路数据(时钟)N
FMC_LA01_CC_PIO_L14P_T2_SRCC_12AB15FMC参考第1路数据(时钟)P
FMC_LA01_CC_NIO_L14N_T2_SRCC_12AB14FMC参考第1路数据(时钟)N
FMC_LA02_PIO_L3P_T0_DQS_12Y10FMC参考第2路数据P
FMC_LA02_NIO_L3N_T0_DQS_12AA10FMC参考第2路数据N
FMC_LA03_PIO_L17P_T2_12AE16FMC参考第3路数据P
FMC_LA03_NIO_L17N_T2_12AE15FMC参考第3路数据N
FMC_LA04_PIO_L7P_T1_12AE10FMC参考第4路数据P
FMC_LA04_NIO_L7N_T1_12AD10FMC参考第4路数据N
FMC_LA05_PIO_L11P_T1_SRCC_12AC12FMC参考第5路数据P
FMC_LA05_NIO_L11N_T1_SRCC_12AD11FMC参考第5路数据N
FMC_LA06_PIO_L9P_T1_DQS_12AE11FMC参考第6路数据P
FMC_LA06_NIO_L9N_T1_DQS_12AF10FMC参考第6路数据N
FMC_LA07_PIO_L4P_T0_12AB11FMC参考第7路数据P
FMC_LA07_NIO_L4N_T0_12AB10FMC参考第7路数据N
FMC_LA08_PIO_L1P_T0_12Y12FMC参考第8路数据P
FMC_LA08_NIO_L1N_T0_12Y11FMC参考第8路数据N
FMC_LA09_PIO_L10P_T1_12AE13FMC参考第9路数据P
FMC_LA09_NIO_L10N_T1_12AF13FMC参考第9路数据N
FMC_LA10_PIO_L2P_T0_12AB12FMC参考第10路数据P
FMC_LA10_NIO_L2N_T0_12AC11FMC参考第10路数据N
FMC_LA11_PIO_L8P_T1_12AE12FMC参考第11路数据P
FMC_LA11_NIO_L8N_T1_12AF12FMC参考第11路数据N
FMC_LA12_PIO_L5P_T0_12W13FMC参考第12路数据P
FMC_LA12_NIO_L5N_T0_12Y13FMC参考第12路数据N
FMC_LA13_PIO_L15P_T2_DQS_12AD16FMC参考第13路数据P
FMC_LA13_NIO_L15N_T2_DQS_12AD15FMC参考第13路数据N
FMC_LA14_PIO_L16P_T2_12AF15FMC参考第14路数据P
FMC_LA14_NIO_L16N_T2_12AF14FMC参考第14路数据N
FMC_LA15_PIO_L18P_T2_12AE17FMC参考第15路数据P
FMC_LA15_NIO_L18N_T2_12AF17FMC参考第15路数据N
FMC_LA16_PIO_L20P_T3_12AB17FMC参考第16路数据P
FMC_LA16_NIO_L20N_T3_12AB16FMC参考第16路数据N
FMC_LA17_CC_PIO_L12P_T1_MRCC_13AC23FMC参考第17路数据(时钟)P
FMC_LA17_CC_NIO_L12N_T1_MRCC_13AC24FMC参考第17路数据(时钟)N
FMC_LA18_CC_PIO_L11P_T1_SRCC_13AD23FMC参考第18路数据(时钟)P
FMC_LA18_CC_NIO_L11N_T1_SRCC_13AD24FMC参考第18路数据(时钟)N
FMC_LA19_PIO_L16P_T2_13AE20FMC参考第19路数据P
FMC_LA19_NIO_L16N_T2_13AE21FMC参考第19路数据N
FMC_LA20_PIO_L15P_T2_DQS_13AF19FMC参考第20路数据P
FMC_LA20_NIO_L15N_T2_DQS_13AF20FMC参考第20路数据N
FMC_LA21_PIO_L20P_T3_13AA20FMC参考第21路数据P
FMC_LA21_NIO_L20N_T3_13AB20FMC参考第21路数据N
FMC_LA22_PIO_L17P_T2_13AD18FMC参考第22路数据P
FMC_LA22_NIO_L17N_T2_13AD19FMC参考第22路数据N
FMC_LA23_PIO_L18P_T2_13AE18FMC参考第23路数据P
FMC_LA23_NIO_L18N_T2_13AF18FMC参考第23路数据N
FMC_LA24_PIO_L8P_T1_13AE23FMC参考第24路数据P
FMC_LA24_NIO_L8N_T1_13AF23FMC参考第24路数据N
FMC_LA25_PIO_L9P_T1_DQS_13AB21FMC参考第25路数据P
FMC_LA25_NIO_L9N_T1_DQS_13AB22FMC参考第25路数据N
FMC_LA26_PIO_L7P_T1_13AE22FMC参考第26路数据P
FMC_LA26_NIO_L7N_T1_13AF22FMC参考第26路数据N
FMC_LA27_PIO_L14P_T2_SRCC_13AC21FMC参考第27路数据P
FMC_LA27_NIO_L14N_T2_SRCC_13AC22FMC参考第27路数据N
FMC_LA28_PIO_L10P_T1_13AA22FMC参考第28路数据P
FMC_LA28_NIO_L10N_T1_13AA23FMC参考第28路数据N
FMC_LA29_PIO_L5P_T0_13AF24FMC参考第29路数据P
FMC_LA29_NIO_L5N_T0_13AF25FMC参考第29路数据N
FMC_LA30_PIO_L4P_T0_13AD25FMC参考第30路数据P
FMC_LA30_NIO_L4N_T0_13AD26FMC参考第30路数据N
FMC_LA31_PIO_L3P_T0_DQS_13AE25FMC参考第31路数据P
FMC_LA31_NIO_L3N_T0_DQS_13AE26FMC参考第31路数据N
FMC_LA32_PIO_L2P_T0_13AB26FMC参考第32路数据P
FMC_LA32_NIO_L2N_T0_13AC26FMC参考第32路数据N
FMC_LA33_PIO_L1P_T0_13AA25FMC参考第33路数据P
FMC_LA33_NIO_L1N_T0_13AB25FMC参考第33路数据N

表14-1 FMC连接器引脚分配

LED灯

AX7350B开发板上有9个发光二极管LED, 1个电源指示灯;1个DONE配置指示灯;2个串口通信指示灯,1个PS控制LED灯,4个PL控制指示灯。当开发板上电后电源指示灯会亮起;当FPGA 配置程序后,配置LED灯会亮起。1个用户LED灯一个连接到PS的MIO上,4个LED灯连接到PL的IO上,用户可以通过程序来控制亮和灭,当连接用户LED灯的IO电压为低时,用户LED灯熄灭,当连接IO电压为高时,用户LED会被点亮。因为BANK34的电平为1.5V,这里我们增加了三级管来驱动LED的亮灭。用户LED灯硬件连接的示意图如图15-1所示:

图片内容展示了一个用户LED灯硬件连接的示意图,其中ZYNQ芯片通过MIO0_LED、PL_LED1至PL_LED4引脚分别连接到PS_LED、LED1至LED4。每个LED都通过电阻连接到3.3V电源。ZYNQ芯片的BANK 500和BANK 34分别连接到PS_LED和PL_LED1至PL_LED4。图片在上下文中起到直观展示用户LED灯硬件连接关系的作用,帮助用户理解硬件连接的具体方式。

图15-1用户LED灯硬件连接示意图

用户LED灯的引脚分配

信号名称ZYNQ引脚名ZYNQ管脚号备注
MIO0_LEDPS_MIO0_500E26用户PS LED灯
PL_LED1IO_L7P_T1_34F5用户PL LED1灯
PL_LED2IO_L7N_T1_34E5用户PL LED2灯
PL_LED3O_L2N_T0_34G5用户PL LED3灯
PL_LED4IO_L2P_T0_34G6用户PL LED4灯

表15-1 用户LED灯引脚分配

复位按键和用户按键

AX7350B开发板上有1个复位按键RESET和5个用户按键。复位信号连接到ZYNQ芯片PS复位管脚上,用户可以使用这个复位按键来复位ZYNQ系统,5个用户按键中1个按键是连接到PS的IO上,另外4个按键是连接到PL的IO上。复位按键和用户按键都是低电平有效,复位按键和用户按键的连接示意图如图16-1所示:

图片展示了ZYNQ芯片的复位按键和用户按键连接示意图。ZYNQ芯片通过PS_POR_B和PS_KEY引脚连接复位芯片(TCM811),并分别通过PL_KEY1至PL_KEY4引脚连接四个用户按键。图中还标注了各按键的ZYNQ管脚分配,如PS_POR_B对应C23引脚,PS_KEY对应B26引脚等。该图在文档中用于说明复位按键和用户按键的连接方式,帮助读者理解硬件接口的具体配置。

图16-1 复位按键连接示意图

按键的ZYNQ管脚分配

信号名称ZYNQ引脚名ZYNQ引脚号备注
PS_POR_BPS_POR_B_500C23ZYNQ系统复位信号
PS_KEYPS_MIO11_500B26PS按键输入
PL_KEY1IO_L4N_T0_34H6PL按键1输入
PL_KEY2IO_L4P_T0_34H7PL按键2输入
PL_KEY3IO_L6N_T0_VREF_34H8PL按键3输入
PL_KEY4IO_L6P_T0_34J8PL按键4输入

表16-1 复位按键引脚分配

JTAG 调试口

在AX7350B开发板上已经集成了JTAG的下载调试电路,所以用户无需购买额外的AMD下载器。只要一根USB线就能进行ZYNQ的开发和调试了。在开发板上通过一个FTDI的USB桥接芯片FT232HL实现PC的USB和ZYNQ的JTAG调试信号TCK,TDO,TMS,TDI进行数据通信。图17-1为开发板上JTAG口的原理图部分:

图片展示了AX7350B开发板上JTAG接口部分的原理图。图中USB接口部分与JTAG接口相关,包括USB_5V电源、FT232HL芯片等。USB接口通过USB_5V电源供电,FT232HL芯片与USB接口相连,其引脚与ZYNQ的TCK、TDO、TMS、TDI等JTAG信号线连接。此外,还有VREG电源、VCCQ电源、VCCQ2电源等,以及电容、电阻等元件。该图与上下文介绍的开发板JTAG接口通过USB桥接芯片实现PC与ZYNQ系统调试的内容相呼应。

图17-1 原理图中JTAG接口部分

在AX7350B开发板上,JTAG接口的形式是USB接口方式的,用户可以通过我们提供的USB线连接PC和JTAG接口进行ZYNQ的系统调试。

拨码开关

开发板上有一个2位的拨码开关SW1用来配置ZYNQ系统的启动模式。AX7350B系统开发平台支持三种启动模式。这三种启动模式分别是JTAG调试模式, QSPI FLASH和SD卡启动模式。XC7Z035芯片上电后会检测响应MIO口(MIO5和MIO4)的电平来决定那种启动模式。用户可以通过核心板上的拨码开关SW1来选择不同的启动模式。SW1启动模式配置如下表18-1所示。

SW1拨码位置(1,2)MIO5,MIO4电平启动模式
图片展示了AX7350B开发板上用于选择启动模式的拨码开关SW1。开关上有“ON”和“OFF”两个位置,对应数字1和2,其中1为ON位置,2为OFF位置。开关两侧有黄色的指示灯,开关下方有“SW1”标识。该图片与文档中介绍的SW1启动模式配置相关,直观呈现了开关的物理状态,帮助用户理解不同拨码位置对应的不同启动模式(如JTAG、SD卡、QSPI FLASH等)。ON、ON0、0JTAG
OFF、OFF1、1SD卡
OFF、ON1、0QSPI FLASH

表18-1 SW1启动模式配置

电源

开发板的电源输入电压为DC12V,外接+12V电源给板子供电。外接电源供电时请使用开发板自带的电源,不要用其他规格的电源,以免损坏开发板。+12V输入电源通过DCDC电源芯片MYMGK1R820ERSR产生+1.0V的FPGA核心电源,MYMGK1R820ERSR输出电流高达20A,满足FPGA的核心电压的电流需求。另外+12V通过DC/DC电源芯片ETA8156FT2G产生+1.5V,通过DCDC芯片ETA1471FT2G来产生其它的电源。DDR3的VTT和VREF电压由TPS51200芯片来产生。

板上的电源设计示意图如下图19-1所示:

图片展示了一个AX7350B开发板的电源分配示意图,其中详细列出了各个电源接口及其功能。例如,+1.0V电源用于ZYNQ PS和PL部分的内核电压,+1.8V电源用于ZYNQ PS和PL部分辅助电压等。该图通过箭头和数字序号清晰地展示了电源分配的路径和各电源接口的连接关系,为开发板的电源设计提供了直观的参考。

图19-1原理图中电源接口部分

各个电源分配的功能如下表所示:

电源功能
+1.0VZYNQ PS和PL部分的内核电压
+1.8VZYNQ PS和PL部分辅助电压,BANK501 IO电压,eMMC,HDMI
+3.3VZYNQ Bank0,Bank500,QSIP FLASH, Clock晶振, SD卡,SFP光模块
+1.5VDDR3, ZYNQ Bank501, Bank33,Bank34
+1.2V千兆以太网
VADJ(+2.5V)ZYNQ Bank12, Bank13, FMC
VREF, VTT(+0.75V)PS DDR3,PL DDR3
MGTAVCC(+1.0V)ZYNQ Bank111, Bank112
MGTAVTT(+1.2V)ZYNQ Bank111, Bank112

表19-1 电源接口功能

因为ZYNQ FPGA的电源有上电顺序的要求,在电路设计中,我们已经按照 芯片的电源要求设计,上电依次为+1.0V->+1.8V->(+1.5 V、+3.3V、VCCIO)的电路设计,保证芯片的正常工作。

风扇

因为ZYNQ 7Z035正常工作时会产生大量的热量,我们在板上为芯片增加了一个散热片和风扇,防止芯片过热。风扇的控制由ZYNQ芯片来控制,控制管脚连接到BANK34的IO上,如果IO电平输出为低,MOSFET管导通,风扇工作,如果IO电平输出为高,风扇停止。板上的风扇设计图如下图20-1所示:

图片展示了一个风扇控制电路的原理图,其中包含一个MOSFET管(Q3,NDT3055L)和一个三极管(Q4,MMBT3904LT1G)。MOSFET管的栅极通过电阻R260和R261连接到FAN_PWM信号,用于控制风扇的转速。三极管Q4用于放大控制信号,确保MOSFET管能够正常工作。电路中还包括一个100uF的电容(C665)和一个10R的电阻(R351),用于稳定电路。风扇的电源连接到J22插座的1和2引脚,红色为正极,黑色为负极。该电路设计用于控制开发板上风扇的转速,以防止ZYNQ 7Z035芯片过热。

图20-1 开发板原理图中风扇设计

风扇出厂前已经用螺丝固定在开发板上,风扇的电源连接到了J22的插座上,红色的为正极,黑色的为负极。

结构尺寸图

图片内容:这是一张AX7350B开发板的结构尺寸图,图中标注了开发板的长宽尺寸分别为220.0mm和115.8mm。开发板上布满了各种电子元件和接口,包括FMC接口、J22插座等。开发板的右下角有ALINX的标志。 图片作用:这张结构尺寸图在文档中用于展示AX7350B开发板的整体布局和尺寸,帮助读者更好地理解开发板的结构和布局,为后续的硬件设计和安装提供参考。

图21-1 正面图(Top View)

由飞书知识库自动同步生成 · Alinx