1500円ZYNQ基板でFPGAプログラミング大全Xilinx編(第2版)の実習 6-1 MicroBlaze システムのハードウェア構築 / 6-2 プログラム実行

はじめに

1500円 ZYNQ 基板(EBAZ4205)で、

FPGAプログラミング大全Xilinx編(第2版)の課題6-1
「MicroBlaze システムのハードウェア構築」

と、課題6-2
「MicroBlaze のプログラムを実行」
を実習したいと思います。

IPインテグレータによるシステム構築

いきなりですが、Vivado の IP インテグレータでシステムを構築します。
前記事までで Vivado の使い方にも慣れましたので、サクサク進めます。

p.250 ◎IP インテグレータの起動(参考:図5-9)
p.250 ◎MicroBlaze の配置を設定(図6-4)
大全の手順通り進めます。

p.252 ◎Clocking Wizard の設定(図6-5)
概ね大全の手順通りでよいですが、Digilent 社の基板とは PL に供給されているクロックの周波数が異なりますので、そこだけアレンジします。

clk_in1 の周波数の違いは、下記の通りです。
(1500円ZYNQ基板でFPGAプログラミング大全Xilinx編(第2版)の実習 その1:準備で N18 ピンにジャンパ接続したクロック)

clk_in1
Digilent : 125 MHz のシングルエンドクロック
EBAZ4205 : 33.333 MHz のシングルエンドクロック

出力クロックも、微妙に変わります。
(MMCM/PLL の生成倍率による制限)

clk_out1
Digilent : 100 MHz
EBAZ4205 : 99.999 MHz

p.253 ◎入力ポートの接続とリセットの配線(図6-6、参考:図5-11(f))
p.254 ◎GPIO を接続(参考:図5-11)
p.254 ◎ポート名の修正(図6-7、参考:図5-13)
p.255 ◎PS を追加(図6-8～図6-10、参考:図5-10)
大全の通り進めます。

完成したダイアグラムは下記のようになりました。

p.256 ◎ダイアグラムのチェック(参考:図5-14)
p.256 ◎上位階層の作成(参考:図5-16)
大全の手順通りです。

p.256 ◎制約ファイルの読み込みとコンパイル
制約ファイルは、EBAZ4205 用を使います。

EBAZ4205.xdc

## EBAZ4205 constraints file
## chapter: 2
## project: ebaz4205_taizen

# Clock signal
set_property -dict { PACKAGE_PIN N18   IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports { CLK }];
create_clock -add -name sys_clk_pin -period 30.00 -waveform {0 4} [get_ports { CLK }];

# Reset
set_property -dict { PACKAGE_PIN V13   IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports { RST }]; # BTN[1]

# RGB LEDs
set_property -dict { PACKAGE_PIN W14   IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports { LED_RGB[2]  }]; # Red
set_property -dict { PACKAGE_PIN W13   IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports { LED_RGB[1]  }]; # Green
set_property -dict { PACKAGE_PIN U12   IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports { LED_RGB[0]  }]; # Blue

# Buttons
set_property -dict { PACKAGE_PIN V15   IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports { BTN[0] }];

# 25MHz Out
set_property -dict { PACKAGE_PIN U18   IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports { FCLK_CLK3 }];

# EMIO PHY
set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports ENET0_GMII_RX_CLK_0]
set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports ENET0_GMII_TX_CLK_0]
set_property PACKAGE_PIN U14 [get_ports ENET0_GMII_RX_CLK_0]
set_property PACKAGE_PIN U15 [get_ports ENET0_GMII_TX_CLK_0]

set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports {ENET0_GMII_RXD_0[3]}]
set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports {ENET0_GMII_RXD_0[2]}]
set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports {ENET0_GMII_RXD_0[1]}]
set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports {ENET0_GMII_RXD_0[0]}]
set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports {ENET0_GMII_TX_EN_0[0]}]
set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports {ENET0_GMII_TXD_0[3]}]
set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports {ENET0_GMII_TXD_0[2]}]
set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports {ENET0_GMII_TXD_0[1]}]
set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports {ENET0_GMII_TXD_0[0]}]
set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports ENET0_GMII_RX_DV_0]
set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports MDIO_ETHERNET_0_0_mdc]
set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports MDIO_ETHERNET_0_0_mdio_io]
set_property PACKAGE_PIN Y17 [get_ports {ENET0_GMII_RXD_0[3]}]
set_property PACKAGE_PIN V17 [get_ports {ENET0_GMII_RXD_0[2]}]
set_property PACKAGE_PIN V16 [get_ports {ENET0_GMII_RXD_0[1]}]
set_property PACKAGE_PIN Y16 [get_ports {ENET0_GMII_RXD_0[0]}]
set_property PACKAGE_PIN W19 [get_ports {ENET0_GMII_TX_EN_0[0]}]
set_property PACKAGE_PIN W18 [get_ports {ENET0_GMII_TXD_0[0]}]
set_property PACKAGE_PIN Y18 [get_ports {ENET0_GMII_TXD_0[1]}]
set_property PACKAGE_PIN V18 [get_ports {ENET0_GMII_TXD_0[2]}]
set_property PACKAGE_PIN Y19 [get_ports {ENET0_GMII_TXD_0[3]}]
set_property PACKAGE_PIN W15 [get_ports MDIO_ETHERNET_0_0_mdc]
set_property PACKAGE_PIN Y14 [get_ports MDIO_ETHERNET_0_0_mdio_io]
set_property PACKAGE_PIN W16 [get_ports ENET0_GMII_RX_DV_0]

p.256 ◎プラットフォームファイルの Export (参考:図5-17)
大全の通り進めます。

MicroBlaze のプログラムを実行 (Hello World)

こちらも慣れましたので、サクサクと進めます。

p.257 ◎Vitis の起動とワークスペースの指定(参考:図5-18、図5-19)
ワークスペースですが、2回目以降に Vitis を起動すると前に使ったワークスペースが開いた状態で起動されます。
(EBAZ4205_taizen など)

ワークスペースを変更して、新しい気持ちで始めたいときは、メニューバーから
File - Switch Workspace - Other
として、ワークスペースのフォルダを再指定します。

C:\Users(ユーザー名)\Desktop\blink_mb\blink_mb.vitis

として、Vivado からエクスポートしたフォルダを指定すると、わかりやすいです。

p.257 ◎プラットフォームプロジェクトの作成(参考:図5-20)
p.257 ◎アプリケーションプロジェクトとシステムプロジェクトの作成(参考:図5-21)
p.257 ◎各プロジェクトのビルド(参考:図5-23)
p.257 ◎デバッグ設定の作成とプログラムのダウンロード(参考:図5-24、図5-31)
p.257 ◎プログラムの実行(図6-11、参考:図5-27)
すべて大全の手順通りで進めます。

実行した結果、MicroBlaze から Hello World できました。

ちょっとアレンジ

Hello World のメッセージの最後に、CR+LF を追加しておきます。

helloworld.c

    print("Successfully ran Hello World application\n\r");

ビルドしたら、こんどは Debug ではなく、RUN で実行します。

実行した状態で、EBAZ4205 基板で PL のリセットに割り当てたボタン(U67 に搭載したボタン)を押してみます。
MicroBlaze が再起動するので、プログラムが再実行されます。

リセットボタンを押す度に、Hello World できます。

これで、ZYNQ の PL 部に構築されたマイコン(MicroBlaze)を、好きなように使うことができます。

まとめ

FPGAプログラミング大全Xilinx編(第2版)の課題6-1
「MicroBlaze システムのハードウェア構築」
と、課題6-2
「MicroBlaze のプログラムを実行」
を EBAZ4205 で実習することができました。