MicroBlaze串口设计

设计原理

本系统中，Basys3的MicroBlaze模块调用基于AXI协议的UART IP核，通过AXI总线实现MicroBlaze-UART之间的通信，完成串口打印。

操作步骤

一、基于GUI界面创建工程

1. 创建新的工程项目

1) 双击桌面图标打开Vivado 2017.2，或者选择开始>所有程序>Xilinx Design Tools> Vivado 2017.2>Vivado 2017.2；

2) 点击‘Create Project’，或者单击File>New Project创建工程文件；

3) 将新的工程项目命名为‘lab6’，选择工程保存路径，勾选‘Create project subdirectory’，创建一个新的工程文件夹，点击Next继续；

4) 选择新建一个RTL工程，由于本工程无需创建源文件，故将Do not specify sources at this time(不指定添加源文件)勾选上。点击 Next继续；

5) 选择目标FPGA器件：xc7a35tcpg236-1或Basys3；

6) 最后在新工程总结中，检查工程创建是否有误。没有问题，则点击Finish，完成新工程的创建。

2. 创建原理图，添加IP，进行原理图设计。

1) 在Project Navigator下，展开IP INTEGRATOR，选择‘Create Block Design’创建新的原理图设计；

2) 将新的设计命名为‘MB_UART’；

3) 添加一个clock IP，在原理图(Diagram)界面中鼠标右击，选择‘Add IP’。在IP搜索框中输入‘clocking’，双击添加Clocking Wizard；

4) 双击Clocking Wizard模块进行自定义配置，选择Output Clocks一栏，确定clk_out1频率为100(MHz)，Reset Type为Active High；

5) 鼠标右击‘clk_in1’，选择Make External添加引脚；

6) 完成后，如下图所示：

7) 同样的，在Diagram中添加MicroBlaze IP；

8) 添加完成后如下图所示，点击‘Run Block Automation’；

9) 在弹出窗口中，使用以下设置替换默认设置；

Local Memory: 128KBLocal Memory ECC: NoneCache Configuration: NoneDebug Module: Debug OnlyPeripheral AXI Port: EnabledInterrupt Controller: 不勾选Clock Connection: /clk_wiz0/clk_out1(100 MHZ)

10) 完成之后，Vivado会基于之前的设置自动生成一些额外的IP，并且会自动连接完毕，此时不要点击‘Run Connection Automation’；

11) 在Diagram中添加AXI Uartlite IP，在搜索框输入‘uart’，选择相应的IP；

12) 鼠标右击Clocking Wizard的‘reset’，选择Make External添加引脚；

13) 使用连线工具将Processor System Reset的‘ext_reset_in’与‘reset’相连接。

14) 完成后，点击‘Run Connection Automation’，在弹出窗口中勾选所有端口，点击OK继续；

15) 完成后，点击按钮重新布局，完成后如下图所示：

16) 点击按钮验证设计是否正确

17) 验证成功，设计与连线都正确，点击OK，Ctrl+S保存设计。

18) 在Sources窗格中鼠标右键‘MB_UART’，选择‘Create HDL Wrapper’。

19) 使用默认选项，点击OK继续，完成HDL文件的创建。

20) 添加约束文件

a) 在Flow Navigator中，展开PROJECT MANAGER，点击‘Add Sources’。

b) 选择‘Add or create constraints’，点击Next继续。

c) 选择‘Add Files’，找到并添加‘MB_Uart.xdc’文件。注意，要勾选Copy constraints files into project

（文件路径：Basys3_workshopsourceslab6SrcConstraint）

3. 综合、实现、生成比特流文件

1） 在Flow Navigator中展开PROGRAM AND DEBUG，点击Generate Bitstream。Vivado工具会提示没有已经实现的结果，点击‘Yes’，Vivado工具会依次执行综合、实现和生成比特流文件。

二、基于Tcl脚本创建工程

1. 打开Vivado 2017.2

2. 在底部Tcl命令框使用‘cd’命令，进入MB_Uart.tcl文件所在路径。参考路径：C:Basys3_workshopsourceslab6SrcTcl，在Tcl命令框输入：cd C:/Basys3_workshop/sources/lab6/Src/Tcl (注意：Vivado使用‘/’)

3. 在Tcl命令框中，输入命令：source ./ MB_Uart.tcl。输入完毕按回车，运行Tcl，等待Tcl进行创建、综合、实现，最后生成比特流文件。

4. 建立SDK应用工程

1）  在顶部工具栏中，选择File>Export>Export Hardware导出硬件工程到Vivado SDK；

2） 在弹出窗口中勾选‘Include bitstream’，点击OK继续；

3） 在工具栏中，选择File>Launch SDK，使用默认工程，启动Vivado SDK；

4） 在SDK上方工具栏中，选择File>New>Application Project，新建一个SDK应用工程；

5） 工程取名为‘helloworld’，点击Finish完成创建；

6） 可以看到 SDK 界面左侧如下，新增加了helloworld和helloworld_bsp两项。其中helloworld_bsp为helloworld应用工程的板级支持包：

7） 双击helloworld下的src下的helloworld.c。这个文件为包含主函数的C语言文件，然后可以通过 CTRL+B 完成工程的 build；

8） 连接Basys3开发板，打开电源，点击SDK任务栏Xilinx Tools>Program FPGA；

9） 在弹出窗口中点击Program完成比特流文件的下载：

10） 连接Basys3的串口。选择SDK界面下方的Terminal窗口，点击下图的连接按钮：

11） 在弹出窗口中，将Connection Type设置为Serial，在Port一栏选择正确的串口，点击OK完成串口配置并连接；

12） 在SDK界面左侧Project Explorer中鼠标右击helloworld，选Run As>Launch on Hardware（GDB），运行SDK软件工程；

13） 稍等几秒，可以看到Terminal界面出现了打印的‘Hello World’字样。

审核编辑：刘清