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本教程采用 FMQL7045 FPGA开发板来完成整个试验，板卡照片如下：

具有丰富的接口资源，系统框图如下：

 

本教程用于完成基于Vivado的FMQL45的LED实验，目标是能够将这款开发板PL端先跑起来。

对于纯 PL 设计，我们的 FMQL45 和 Zynq7045 是管脚全兼容，所以可以直接使用 Vivado  进行逻辑开发，对于简单的逻辑也可以使用 Procise 开发，但是如果要大量使用 IPcore，推荐使用 Vivado 。

这边先介绍 Vivado 流程。

实验 Vivado 工程为“00_led”。本例程主要实现的功能是每秒钟控制扩展板上的8 个 LED 灯翻转一次。

1 LED硬件介绍

PL 端只能直接控制 PL 侧的 LED 灯，无法直接控制 PS 端的外设。8 颗 LED 灯通过三极管连接到 3.3V 电源，当三极管导通 LED 就会亮。结合核心板和扩展板的原理图，我们可以看到 8 个 LED 对应 FMQL45 芯片的管脚情况如下所示：

                LED1 --- AJ24

                LED2 --- AK18

                LED3 --- AB29

                 LED4 --- AC27

                LED5 --- AD23

                LED6 --- AF24

                LED7 --- AE23

                LED8 --- AG25

2 Vivado工程建立

（1）在 Windows 中可以双击 Vivado 快捷方式启动 Vivado。

（2）在 Vivado 开发环境中点击“Create Project”可以创建一个新工程。

 

（3）弹出建立新工程的向导，点击“Next”

 

（4）在弹出的对话框中输入工程名和工程存放路径，我们这里取名叫 00_led。需要注意工程路径“Project location”中不能有中文空格，路径名最好也不要太长。然后点击 Next。 

 

（5）在工程类型中选择“RTL Project”。 

（6）Target language 选择“Verilog”。

 

（7）点击“Next”，不添加任何文件，后续再补充。

 

（8）筛选出 xc7z045ffg900-2 器件并选择，点击“Next”。

 

（9）点击“Finish”即可完成“led”工程的创建。

 

（10）下图为 Vivado 的软件界面。

 

3 创建Verilog HDL文件

（1）点击 Project Manager 下面的 Add Sources 图标，选择添加或者创建设计源文件“Add or create design sources”，然后点击“Next”。

 

（2）选择创建文件“Create File”

 

（3）弹出的窗口里，设置“File name”为“led”后点击“OK”。

 

（4）点击“Finish”就完成了“led.v”文件的添加。

 （5）这个时候在弹出的窗口上可以指定“Module name”，这里我们按照默认的就好了，点击“OK”。

（6）在弹出的对话框里选择“Yes”。

 

（7）双击“led.v”即可编辑该文件。

 

（8）编写一段“led.v”逻辑代码，这里定义了一个 32 位的寄存器 timer，用于循环计数 0~499999999（1 秒），计数到 499999999 的时候，timer 变 0，并翻转 8 个LED 灯。在硬件上表现为 LED 会每秒钟切换一次亮灭状态。编写完代码后记得保存，源代码如下图： 

4 添加管脚约束

Vivado 上我们使用的约束文件为 XDC 格式，里面主要完成管脚的约束、时钟的约束和组的约束。这里需要对 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”，在弹出的窗口上点击“OK”。

（2）菜单中选择“Window --> I/O Ports”

 

（3）在弹出的 I/O Ports 中可以看到管脚分配情况。 

（4）给 LED 和时钟分频管脚和电平标准，完成后保存。这块的分配请看原理图确定。

 

（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）打开刚刚生成的“led.xdc”可以看到相关的 TCL 脚本，这些其实我们在熟悉相关语法后都可以自己直接写，不用通过上面的图形化界面生成。相关语法请开发人员自己去熟悉和学习，这里不再赘述。

 

一个 FPGA 设计除了管脚约束外还有时序约束，这里通过向导方式演示如何进行时序约束。

（1）点击“Run Synthesis”开始综合流程。

（2）弹出的对话框点击“OK”。

 

（3）综合完成后点击“Cancel”。

 

（4）点击“Constrain Wizard”

 

（5）在弹出的窗口点击“Next”

 

（6）把“sys_clk”频率设置为 50MHz，然后点击“Skip to Finish”结束时序约束向导。

 

（7）点击“Finish”

 

（8）这个时候 led.xdc 就更新了，点击“Reload”可以重新加载文件。可以看到最后一行加上了时钟约束。

 

6 生成BIT位流

（1）编译过程可以分为综合、布局布线、生成 bit 位流等，这里我们直接点击“Generate Bitstream”就可以直接一键式生成 bit 位流。

 

（2）在弹出的对话框中选择任务数量，这里和 CPU 核心数相关，一般设置数字越大编译越快，但是占用的系统资源越多。这里需要用户自己衡量，这里我们就按照默认的，直接点击“OK”。

 

（3）开始编译，软件右上角有编译状态信息。

 

（4）编译如果没有任何错误，会弹出一个对话框让我们选择后续操作，我们这里选择“Open Hardware Manger”然后点击“OK”去下载调试。

 

7 下载调试

（1）连接好开发板的 Jtag 接口，给开发板上电。在“HARDWARE MANAGER”界面点击“Auto Connect”会自动扫描到设备并连接。

 

（2）可以看到 Jtag 扫描到的 ARM 和 FPGA 内核，还有一个 XADC 可以检测系统电压和温度。

 

（3）选择 xc7z045_1，右键“Program Device...”

 

（4）在弹出的窗口选择好具体的位流路径，然后点击“Program”。

 

（5）等待下载成功后，我们可以看到 8 颗 LED 灯每秒变化一次，纯 PL 的 Vivado流程至此结束。 

8 总结

采用国产复旦微的FMQL45完成了LED灯的点亮，也是开启了国产FPGA使用的第一步。后续会再介绍进一步的教程。

有对这款板卡感兴趣的朋友，可以参考下面的链接，有详细介绍，国产FPGA解决方案,我们是专业的！

国产化复旦微电子 FMQL45T900 FPGA开发板（ 替代Xilinx ZYNQ ARM+FPGA 7045开发板）