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创龙TLZ7x-EasyEVM评估板 -- 系统框架,上电开机

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    [LV.9]以坛为家II

    发表于 2020-5-6 22:22:40 |显示全部楼层
    本帖最后由 robe.zhang 于 2020-5-31 22:02 编辑

    创龙TLZ7x-EasyEVM评估板 -- 系统框架,上电开机


    创龙TLZ7x-EasyEVM评估板 -- 试用总结

    本文主要内容是创龙TLZ7x-EasyEVM评估板的:
    1,底板系统框架,
    2,核心板系统框架,
    3,核心芯片框架,
    4,系统软件框架,
    5,核心芯片介绍
    本文内容很重要,使用这块板子,这些东西必须搞清楚,以后才能事半功倍,磨刀不误砍柴工。
    本文还比较抽象,但是很有用,越往后也能体现出来框架的价值
    1.png

    本次试用的创龙TLZ7x-EasyEVM 开发板具体型号如下图:
    底板是A3 版本,
    核心板是A·1版本:
    2.png
    产品配置如下:

    3.png
    开发板扩展接口图示:
    4.png

    先看底板框架图:
    如下图,中间灰色的SOM-TLZ7x 是核心板,从核心板扩展了一些接口,比如网口,camera 接口,can接口,microSD卡槽,usb host 接口,usb uart x2,还有两个扩展接口,一些LED指示灯和按键。
    这里是两个uart,一个用于ps部分xc7020 的PS部分,另一个用于PL部分,
    PS/PL 部分都可以单独使用。两个debug 端口共用输出到 usb 接口,
    5.png

    框架图中每一部分更详细信息查看底板的原理图,比如电源部分:

    6.png

    电源插座输入 12V 直流电源,电源开关控制 Q6 的通断,从而控制整个板子 VDD_12V_BRD 的通断,LED5 作为  VDD_12V_BRD 的状态只是灯,用户无法控制使用
    7.png

    8.png

    VDD_12V_BRD 经过电源芯片,转换为 VCC_3V3_SOM 给核心板使用
    9.png
    VDD_12V_BRD 经过电源芯片,转换为 VCC_5V_MAIN

    10.png
    VCC_5V_MAIN 再转换为1.5V,1.8V,3.3V,提供了板子需要的各种电源参数

    11.png

    12.png

    13.png

    底板电源系统给核心板提供一路专用的 3.3V 电源,通过CONOA 输入给核心板,可以让核心板不受底板负载的影响,让核心板工作更稳定:
    14.png

    15.png

    框架图是个功能性的抽象的图,虽然是抽象的,但是很重要,开发板实物就是这个抽象图的一个实例,每个部分都是一一对应的:
    开发板上的电源系统对应的位置如下图:
    16.png

    其他部分电路都也很简单
    Xlinx fpga 端口命令规格如下,看开发板原理图的时候很有用:
    17.png

    比如 PS uart 串口的tx端口,使用了:
    pad 编号为:D9,  
    pin name 为:PS_MIO12_500  
    功能名字:UART1_TX  
    端口电压:3.3V  
    18.png

    整个底板差不多就这样,比价简单。

    核心板框架更简单,基本就是个最小系统:Zynq 7020,DDR3 内存,QSPI NOR flash,EMMC 存储,PS/PL部分各一颗晶振,几个LED灯,四组连接器把所有信号引出到底板上:

    19.png

    20.png

    21.png

    以上就是整个系统,都比较简单,这也是单芯片的好处,在芯片内实现 ARM + FPGA 的整合,由xlinx 厂商完成硬件整合工作,用户使用起来比较简单。同时 xlinx厂商提供芯片级软件全家桶支持,用户在软件层的开发更简单,使用也更方便。

    核心芯片内部框架
    22.png
    Xilinx Zynq 7020 芯片单芯片系统架构,整个芯片分为2部分:
    1,  是PS(processing system)部分,如上图米黄色,PS 部分的核心是arm cortex a9 双核应用处理器。这部分和普通的应用处理器一样APU,存储接口,IO外设,内部互联总线,DAP 等
    23.png
    2,是PL(programmableLogic)可编程逻辑单元,就是 FPGA,如上图粉红色部分,PL 部分当作 PS 部分的设备来使用。详细如下列表:
    24.png
    PS 和 PL 整合主要是以下接口,中断,信号,IO,时钟,复位,配置等,实现芯片级整合,
    25.png
    芯片级架构看到这里,基本上就会用这颗芯片了,这就是一颗arm核心的MPU,MPU怎么用,这个Zynq7020 就怎么用,同时还能额外对FPGA编程写一个特定的IP当作 arm 的外设使用,编译外设的设备树和驱动,搞定,大概的思路就这样
    系统软件框架
    26.png

    系统启动过程:
    从芯片内部固化的代码/BootROM代码启动,初始化必要的外设,然后按照启动顺序,从存储设备读取First Stage Bootloader (FSBL),运行 FSBL
    FSBL 运行后,配置 FPGA/PL,加载 uboot,运行uboot
    Uboot 再初始化外设,加载kernel,dtb,运行 kernel
    Kernel 完成内核初始化,挂载rootfs,运行系统,运行用户应用
    稍后使用时候再看详细开发流程,基本就和上面差不多,系统框架需要什么就给什么,需要什么格式就准备什么格式,给它全准备好就完了。

    继续看一下 xlinx Zynq 7020 这颗芯片
    27.png
    板子使用的详细型号是:
    xlinx 公司 ZYNQ 系列 XC7020 型号
    CLG400封装,
    ABX  环保标号,不知道啥意思
    2019年49周生产的芯片
    批号是 D6059418A
    产地:中国台湾
    28.png
    29.png
    这颗芯片是 BGA封装,pitch0.8mm,芯片尺寸 17x17m,PL SIO 最多125个,PS IO 最多128个这就是这个芯片的内部结构:
    30.png
    芯片底部有很多锡球,芯片顶部是黑胶。芯片里面是个二氧化硅基底制作的半导体芯片电路/IC,IC 黏在一底部的PCB板子上,使用金线把IC 的信号链接到PCB板子对应的端口上,这个工艺叫做wirebond,然后上面灌黑胶,冷却后切成一个一个芯片,就是看到的样子了

    xlinx 还有其他封装形式是 FCBGA,那块Die就是IC 电路,倒装焊接再substrate 上,不考虑上面的TIM 和顶盖,就是 FCBGA 的封装形式,和英特尔笔记本CPU i7-10710U 封装形式一摸一样,FCBGA
    31.png
    32.png
    加上TIM 和顶盖,就和和英特尔台式机 CPUi9-10900 封装形式差不多,都是FC 倒装。英特尔的 LGA 芯片底部没有锡球,xlinx BGA 芯片底部有锡球
    33.png
    PL 部分SIO 125个全部是 HR IO(High Range IO),支持1.2V 到 3.3V 电压
    34.png
    下面几张图是芯片的 pinout ,io banks,memory groups,电源/地 信号图,估计硬件工程师很喜欢这几张图,看着很清爽
    35.png
    36.png
    37.png
    38.png
    芯片封装和 pad 编号图示:
    39.png
    系统地址映射:
    40.png
    系统开机
    本开发板,没有 HDMI 等通用的显示器接口,所以只能链接 debug 接口开机使用,
    从底板系统框架能看出来,usb debug 端口包含 PS debug 和 PL debug 两个 uart。两个uart 公用 usb debug 端口
    41.png
    把这个端口链接到电脑上,电脑设备管理器会出现两个设备,分别对应 PS debug,和 PL debug
    42.png
    实在懒得区分哪个是PS ,哪个是PL ,把两个 COM 口都打开,总有一个是PS debug 端口
    串口配置信息如下图,串口速度 115200,8N1,然后插电源适配器,打开开关,LED5 常量, LED5是说底板上的
    此时整个系统已经启动了,串口会有输出信息
    43.png
    44.png
    46.png
    47.png
    48.png
    如果此时还没有启动,看看启动选项的拨码开关对不对:
    如果选择从 QSPI-SPI 启动,要确认 QSPI-SPI 中有没有程序
    如果选择从 SD 卡启动,需要确认SD 卡烧写的程序对不对,确认好再重试
    45.png
    开机运行了一会,芯片有点烫手,坏是不可能的,这块板子可以在85摄氏度环境中,工作两个小时一切正常都没事,现在室温远远低于 85摄氏度,不可能烧坏,只是别烫了自己手烫了胳膊


    总结:从板子框架,芯片框架,能看出来,以往 arm 芯片 + FPGA 芯片,需要开发板厂商,或者用户自己实现板级整合,现在好了,芯片上把这部分工作全做了,简花了用户开发过程,隐藏了整合的具体细节,用户只管买这种 arm + FPGA SoC 芯片,当作一个芯片用,方便了用户。芯片级的整合,可靠性比板级要高很多,对高速信号影响也可以小很多。
    还有更强大的开发软件全家桶,稍后会体验开发软件全家捅的便利。
    创龙开发板没有提供核心板的原理图,但是有核心板的框架图,和核心板引脚定义表格,核心板也比较简单,有这两个也足够了

    创龙TLZ7x-EasyEVM评估板 -- 试用总结



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    发表于 2020-5-8 17:05:04 |显示全部楼层
    很认真,很详细深入的试用贴,赞一个
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