【ZYNQ Ultrascale+ MPSOC FPGA教程】第二章 硬件原理图介绍
原创声明：本原创教程由芯驿电子科技（上海）有限公司（ALINX）创作，版权归本公司所有，如需转载，需授权并注明出处。简介AXU2CGA/B的特点是体积小并扩展了丰富的外设。主点点taptap安卓采用Xilinx公司的Zynq UltraScale+ MPSoCs CG系列的点点taptap安卓，型号为XCZU2CG-1SFVC784E。AXU2CGA的PS端挂载了2片DDR4（1GB，32bit）和1片256Mb的QSPI FLASH。AXU2CGB的PS端挂载了4片DDR4（2GB，32bit），1片8GB eMMC FLASH存储点点taptap安卓和1片256Mb的QSPI FLASH。外围接口包含1个MINI DP接口、4个USB3.0接口、1路千兆以太网接口、1个USB串口、1路PCIE接口、1路TF卡接口、2个40针扩展口、2路MIPI接口和按键LED。下图为整个开发系统的结构示意图：https://pic2.zhimg.com/80/v2-1ad4f1debc6d977f10866f00d7fb3f6d_720w.jpgZYNQ点点taptap安卓XCZU2CG-1SFVC784E点点taptap安卓的PS系统PS系统集成了2个ARM Cortex™-A53处理器，速度高达1.2Ghz，支持2级Cache; 另外还包含2个Cortex-R5处理器，速度高达500Mhz。XCZU2CG支持32位或者64位的DDR4，LPDDR4，DDR3,DDR3L, LPDDR3存储点点taptap安卓，在PS端带有丰富的高速接口如PCIE Gen2, USB3.0, SATA 3.1, DisplayPort；同时另外也支持USB2.0，千兆以太网，SD/SDIO，I2C，CAN，UART，GPIO等接口。PL端内部含有丰富的可编程逻辑单元，DSP和内部RAM。XCZU2CG点点taptap安卓的总体框图下图所示https://pic1.zhimg.com/80/v2-0616671452b40b88a40bd476680a46bc_720w.jpgZU2CG点点taptap安卓的总体框图其中PS系统部分的主要参数如下：
[*]ARM 双核Cortex™-A53处理器，速度高达1.2GHz，每个CPU 32KB 1级指令和数据缓存，1MB 2级缓存 2个CPU共享。
[*]ARM 双核Cortex-R5处理器，速度高达500MHz，每个CPU 32KB 1级指令和数据缓存，及128K紧耦合内存。
[*]外部存储接口，支持32/64bit DDR4/3/3L、LPDDR4/3接口。
[*]静态存储接口，支持NAND, 2xQuad-SPI FLASH。
[*]高速连接接口，支持PCIe Gen2 x4, 2xUSB3.0, Sata 3.1, DisplayPort, 4x Tri-mode Gigabit Ethernet。
[*]普通连接接口：2xUSB2.0, 2x SD/SDIO, 2x UART, 2x CAN 2.0B, 2x I2C, 2x SPI, 4x 32b GPIO。
[*]电源管理：支持Full/Low/PL/Battery四部分电源的划分。
[*]加密算法：支持RSA, AES和SHA。
[*]系统监控：10位1Mbps的AD采样，用于温度和电压的检测。
其中PL逻辑部分的主要参数如下：
[*]逻辑单元Logic Cells：154K；
[*]触发器(flip-flops): 141K；
[*]查找表LUTs : 71K；
[*]Block RAM：9.4Mb；
[*]时钟管理单元（CMTs）: 3
[*]乘法器18x25MACCs：360
XCZU2CG-1SFVC784E点点taptap安卓的速度等级为-1，商业级，封装为SFVC784。DDR4 DRAMAXU2CGA板上PS端配有2片Micron(美光）的DDR4点点taptap安卓，组成32位数据总线带宽和共1GB的容量。AXU2CGB板上PS端配有4片Micron(美光）的DDR4点点taptap安卓，组成64位数据总线带宽和共2GB的容量。PS端的DDR4 SDRAM的最高运行速度可达1200MHz(数据速率2400Mbps)。DDR4 SDRAM的具体配置如下所示。其中U71,U72仅AXU2CGB贴装。
位号容量厂家
U3,U5,(U71,U72)256M x 16bitMicron
表3-1 DDR4 SDRAM配置PS端的DDR4的硬件连接方式如下图3-1所示:https://pic1.zhimg.com/80/v2-fa2f45a8d0e8f4aaeb3ccca9ee649958_720w.jpg图3-1 PS端DDR4 DRAM原理图部分QSPI FlashAXU2CGA/B配有1片256MBit大小的Quad-SPI FLASH点点taptap安卓，型号为MT25QU256ABA1EW9-0SIT。QSPI FLASH连接到ZYNQ点点taptap安卓的PS部分BANK500的GPIO口上，图4-1为QSPI Flash在原理图中的部分。https://pic1.zhimg.com/80/v2-5bbfc579f8672ed641e45b112078a5a0_720w.jpg图4-1 QSPI Flash连接示意图
eMMCFlash(仅AXU2CGB贴装)AXU2CGB配有一片容量为8GB的eMMC FLASH点点taptap安卓。eMMC FLASH连接到ZYNQUltraScale+的PS部分BANK500的GPIO口上，图5-1为eMMCFlash在原理图中的部分。https://pic2.zhimg.com/80/v2-0a3d5129abcdc3fb6be64fe7dea7734d_720w.jpg图5-1 eMMCFlash连接示意图图5-1 eMMCFlash连接示意图EEPROMAXU2CGA/B开发板板载了一片EEPROM，型号为24LC04。EEPROM的I2C信号连接的ZYNQ PS端的MIO口上。图6-1为EEPROM的原理图https://pic3.zhimg.com/80/v2-f4ee6af58bdbb03558e472f98ab15ff2_720w.jpg图6-1 EEPROM原理图部分DP显示接口AXU2CGA/B带有1路MINI型的DisplayPort输出显示接口，用于视频图像的显示，最高支持4K x 2K@30Fps输出。ZU2CG PS MGT的LANE0和LANE1的TX信号以差分信号方式连接到DP连接器。DisplayPort辅助通道连接到PS的MIO管脚上。DP输出接口的示意图如图7-1所示:https://pic1.zhimg.com/80/v2-5f999b4588041d474a916b76e664308c_720w.jpg7-1 DP接口设计示意图USB接口AXU2CGA/B板上有4个USB3.0接口，接口为HOST工作模式(Type A)，数据传输速度高达5.0Gb/s。USB3.0通过ULPI接口连接外部的USB PHY点点taptap安卓和USB3.0 HUB点点taptap安卓，实现高速的USB3.0数据通信。USB连接的示意图如8-1所示：https://pic4.zhimg.com/80/v2-f2144e2685453d13ffc545d5169f3f33_720w.jpg图8-1 USB接口示意图千兆以太网接口AXU2CGA/B上有1路千兆以太网接口，以太网接口是通过GPHY点点taptap安卓连接的PS的BANK502上。GPHY点点taptap安卓采用Micrel公司的KSZ9031RNXIC以太网PHY点点taptap安卓，PHY Address 为 001。图9-1为ZYNQ PS端以太网PHY点点taptap安卓连接示意图:https://pic1.zhimg.com/80/v2-4c9b5ed3de139e118f57862ed6ed6abc_720w.jpg图9-1 ZYNQ PS系统与GPHY连接示意图USB Uart接口AXU2CGA/B板上配备了一个Uart转USB接口，用于系统调试。转换点点taptap安卓采用Silicon Labs CP2102的USB-UAR点点taptap安卓, 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:https://pic2.zhimg.com/80/v2-8e1844cdfb091be6a1ae1a7bae9a1be5_720w.jpg图10-1 USB转串口示意图SD卡槽AXU2CGA/B 板包含了一个MicroSD卡接口，SDIO信号与BANK501的IO信号相连，SD卡连接器的原理图如图11-1所示。
https://pic1.zhimg.com/80/v2-eab5706201ea0f0d6d2ab5c23c19c188_720w.jpg图11-1 SD卡连接示意图PCIE接口AXU2CGA/B配备了一个PCIE x1的插槽，用于连接PCIE外设，PCIE通信速度高达5Gbps。PCIE信号直接跟BANK505 PS MGT收发器的LANE0相连接。PCIE x 1设计的示意图如下图12-1所示:https://pic4.zhimg.com/80/v2-27a5ea6d4163dae703c2d5d2b3ba417b_720w.jpg图12-1 PCIE接口设计示意图40针扩展口AXU2CGA/B板上预留了2个2.54mm标准间距的40针扩展口，每个扩展口均包含2个3.3V电源，1个5V电源，3个地以及34个IO口。J12扩展口的IO口连接到ZYNQ点点taptap安卓BANK66上，电平标准为1.8V，注意不要插1.8V之外的设备。J15扩展口的IO口连接到ZYNQ点点taptap安卓BANK25，BANK26上，电平标准为3.3V。设计的示意图如下图13-1所示:
https://pic2.zhimg.com/80/v2-9f4940f1d1bc324b2810cf20d95f3255_720w.jpg图13-1 扩展口设计示意图MIPI接口AXU2CGA/B板上有2路MIPI接口，用于连接MIPI摄像头。MIPI的差分信号分别连接到BANK64、65的HP IO上，电平标准为+1.2V；MIPI的控制信号连接到BANK24上，电平标准为+3.3V。 MIPI口设计的示意图如下图14-1所示:https://pic2.zhimg.com/80/v2-5dd8793ecfe71fe3f302894db72935f9_720w.jpg图14-1 MIPI接口连接示意图JTAG调试口在AXU2CGA/B板上预留了一个10针的JTAG接口，用于下载ZYNQUltraScale+程序或者固化程序到FLASH。JTAG的管脚定义如下图所示
https://pic1.zhimg.com/80/v2-25fcebe2adbd08e5ad086429c93ac320_720w.jpg图16-1 JTAG接口管脚定义拨码开关配置板上有一个4位的拨码开关用来配置ZYNQ系统的启动模式。AXU2CGA/B系统支持4种启动模式。这4种启动模式分别是JTAG调试模式,QSPI FLASH, EMMC和SD2.0卡启动模式。点点taptap安卓上电后会检测（PS_MODE0~3）的电平来决定那种启动模式。用户可以通过拨码开关来选择不同的启动模式。SW1启动模式配置如下表17-1所示。https://pic3.zhimg.com/80/v2-78062dfaa344385453fa252e62bbd9ee_720w.jpg表17-1SW1启动模式配置LED灯AXU2CGA/B的板上有4个用户指示灯，4个用户控制按键以及一个reset按键。4个用户指示灯和4个用户按键均连接到BANK24的IO上。LED灯硬件连接的示意图如图18-1所示：https://pic3.zhimg.com/80/v2-fed8cdd5bf41034a609a721683587fb6_720w.jpg图18-1 LED灯硬件连接示意图系统时钟板上分别为RTC电路，PS系统, PL逻辑部分提供了参考时钟，其中RTC的时钟为32.768，PS的系统时钟为33.3333Mhz, PL端的时钟是25Mhz。时钟电路设计的示意图如下图19-1所示：https://pic4.zhimg.com/80/v2-f8793297a007681d1b27b0286b3d28d7_720w.jpg图 19-1时钟源PL_REF_CLK的电平为+1.8V。风扇接口风扇为12V供电，可通过FAN_PWM信号调节转速。电源AXU2CGA/B的电源输入电压为DC12V，电流2A的适配器。电源接口如下图所示，尽量使用我们提供的电源适配器。https://pic3.zhimg.com/80/v2-bb66f7082d54087baf14a7932cd1bb46_720w.jpg图 20-1电源接口结构尺寸图https://pic1.zhimg.com/80/v2-a205cbb190c4bcabb0dce797457a61a0_720w.jpg图21-1正面图（Top View）
页:
[1]