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[原创] 玩转Zynq连载39——[ex58] 基于Zynq的XADC采集控制实例

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一粒金砂(中级)

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发表于 2020-2-19 09:40 | 显示全部楼层 |阅读模式
本帖最后由 ove学习使我快乐 于 2020-2-19 09:43 编辑

00.jpg

 

功能概述

       Xilinx FPGA器件特有的XADCXilinx Analog-to-Digital Converter)模块创新性的将模拟信号处理混合到FPGA器件中,便于对板级模拟信号采集、处理以及对板级温度、电源电压的监控。

XADC功能如图所示,内部有专门的温度传感器和供电传感器,用于监控FPGA器件本身的工作状态,也提供了1个独立的模拟电压输入通道(VP_0/VN_0)和16个复用的模拟电压输入通道(VAUXP/VAUXN)。内部的2ADC12bit位宽和1MSPS采样速率,可以外接精密基准电压源作为参考电压,基本能够满足一般应用。此外,也有专门的控制接口可以和FPGA逻辑互连,便于编程控制。供电电压监控的电压输入范围是0~3V,模拟电压输入通道的电压输入范围是0~1V

39-1.jpg

XADC功能框图

         集成XADC功能,需要例化XADCIP核,然后通过访问XADC内部的寄存器实现模拟电压采集方式的设置,并读取转换后的模拟电压数据。XADC内部寄存器的映射如图所示。

39-2.png

XADC内部寄存器映射关系截图

         Zynq中,XADC模块通过AXI GP总线连接到PSXADC相当于重新被封装为一个标准的AXI总线外设,它的寄存器映射关系也有所变化。在xilinx官方文档pg091-xadc-wiz.pdf中可以看到重新映射的寄存器地址。

39-3.png

         关于ZynqXADC应用,推荐大家参考xilinx下述3个文档。

  • pg091-xadc-wiz.pdf
  • ug480_7Series_XADC.pdf
  • ug585-Zynq-7000-TRM.pdfChapter 30 XADC Interface

本实例工程对应zstar_ex58。硬件上,XADC通过AXI接口连接到PSPS编程读取XADC内部的温度和供电电压值,通过UART定时打印转换的最终温度和电压值。

 

2 电压换算关系

模拟电压值换算

         对于1个独立的模拟电压输入通道(VP_0/VN_0)和16个复用的模拟电压输入通道(VAUXP/VAUXN),它的输入范围是0~1V,参考电压1V。因此它读出的数据和实际电压值之间的换算关系如下:

         对于12bitADC值,Vactual = Vdigital/4096

         对于16bitADC值,Vactual = Vdigital/65536

 

温度值换算

         XADC的温度传感器读出的温度值,通过以下公式可以换算为实际的摄氏温度:

         对于12bitADC值,Tactual = Tdigital*503.975/4096 – 273.15

对于16bitADC值,Tactual = Tdigital*503.975/65536 – 273.15

 

供电电压的换算公式

         对于XADC中供电传感器读取的供电电压值,其量程范围是0~3V,参考电压3V。所以读取的值与实际电压之间的换算关系如下:

         对于12bitADC值,Vactual = Vdigital*3/4096

         对于16bitADC值,Vactual = Vdigital*3/65536

 

3 XADC IP添加与配置

zstar_ex56工程实例的基础上,下面我们看看如何对XADC IP进行添加和配置。在Block DesignDiagram页面空白处单击右键,如图所示,点击Add IP…

39-4.png

         Search后输入关键词XADC,出现XADC Wizard IP,双击添加这个IPDiagram中。

39-5.png

         和前面的操作一样,输入关键词axi interconnect,将AXI Interconnect IP也添加到Diagram中。

39-6.png

         新添加的2IP模块如图所示。XADC无需多言,你懂得。这个AXI Interconnect的用处是将XADCs_axi_lite接口转换到ZynqAXI GP接口(AXI3),它相当于一个接口适配模块。

39-7.png

双击axi_interconnect_0组件,如图所示,弹出属性菜单中修改Number of Slave InterfacesNumber of Master Interfaces都为1

39-8.png

双击xadc_wiz_0组件,弹出属性菜单中修改如下。

         ● 接口选项(Interface Options)选择AXI4Lite,通过AXI Interconnect可以连接Zynq

         ● 时序模式(Timing Mode)选择Continuous Mode

         ● 启动通道选择(Startup Channel Selection)勾选Channel Sequencer

         ● 输入时钟频率(DCLK Frequency)输入100MHz

         ● ADC转换率(ADC Conversion Rate)输入1000KSPS,即所支持的最高速率。

         ● 其它选项使用默认设置即可。

39-9.png

         ADC Setup页面配置如图所示。

  • 序列模式(Sequencer Mode)选择Continuous Mode,即对ADC通道进行连续采集。
  • 道平均(Channel Averaging)选择16,即XADC内部做16个连续采样值的均值滤波后输出。
  • 其它选项使用默认设置即可。

39-10.png

         Alarms页面如图所示,这里可以勾选需要进行监控的电压通道,并且可以设定报警闸值。

39-11.png

         Channel Sequencer页面需要勾选TEMPERATUREVCCINTVCCAUXVCCBRAMVCCPINTVCCPAUXVCCDDROVP/VN,表示开启这些通道的ADC转换功能。

39-12.png

         完成XADC的配置后,将axi_interconnect_0xadc_wiz_0processing_system7_03个模块连接如图所示。注意Vp_VnXADC的外部输入引脚,需要引出,若使用了XADC16个复用通道,也一样要引出到顶层模块做引脚申明,并手动配置引脚号。

39-13.png

         Address Editor中,点击Auto Assign Address,确认xadc_wiz_0已经分配了相应的地址空间如图所示。

39-14.png

         完成配置,生成新的PS系统后,更新顶层模块的接口,主要是XADC相关的几个新的接口,做相应连接(可以参考工程源码),然后重新编译整个Vivado工程。

 

4嵌入式软件编程

         参考文档《玩转Zynq-工具篇:导出PS硬件配置和新建SDK工程.pdf》导出PS硬件工程,并打开EDK新建一个HelloWorld的模板工程。

         重新编辑helloworld.c源码如下。在系统初始化(init_platform)后,依次读取XADC的温度采样值并转成实际温度值打印、读取XADCVCCINT采样值并转成实际电压值打印、读取XADCVCCAUX采样值并转成实际电压值打印、读取XADCVP/VN采样值并转成实际电压值打印、读取XADCVBRAM采样值并转成实际电压值打印。每隔5s做一次读取打印操作。

#include <stdio.h>

#include "platform.h"

#include "xil_printf.h"

#include "sleep.h"

#include "xil_io.h"

 

#define XPAR_AXI_GP0_BASEADDR        0x43c00000

#define XPAR_XADC_TEMPERATURE      0x200

#define XPAR_XADC_VCCINT           0x204

#define XPAR_XADC_VCCAUX                   0x208

#define XPAR_XADC_VPVN                        0x20c

#define XPAR_XADC_VBRAM                    0x218

 

int main()

{

         u32 temp;

         float voltage;

 

init_platform();

 

printf("XADC TEST\n\r");

 

while(1)

    {

printf("\n\r");

         temp = Xil_In32(XPAR_AXI_GP0_BASEADDR + XPAR_XADC_TEMPERATURE);

         temp = temp*503.975/65535 - 273.15;

printf("Temperature is %d degree\n\r",temp);

 

        voltage = Xil_In32(XPAR_AXI_GP0_BASEADDR + XPAR_XADC_VCCINT);

         voltage = voltage/65536*3;

printf("VCCINT is %f\n\r",voltage);

 

        voltage = Xil_In32(XPAR_AXI_GP0_BASEADDR + XPAR_XADC_VCCAUX);

         voltage = voltage/65536*3;

printf("VCCAUX is %f\n\r",voltage);

 

        voltage = Xil_In32(XPAR_AXI_GP0_BASEADDR + XPAR_XADC_VPVN);

         voltage = voltage/65536;

printf("VPVN is %f\n\r",voltage);

 

        voltage = Xil_In32(XPAR_AXI_GP0_BASEADDR + XPAR_XADC_VBRAM);

         voltage = voltage/65536*3;

printf("VBRAM is %f\n\r",voltage);

 

         sleep(5);

    }

 

cleanup_platform();

    return 0;

}      

 

5 板级调试

         Zstar板子上,设置跳线帽P3JTAG模式,即PIN2-3短接。

         连接好串口线(USB线连接PCUSB端口和Zstar板的UART接口)和Xilinx下载线(下载器连接PCUSB端口和Zstar板的JTAG插座)。使用5V电源给板子供电。

         接着参考《玩转Zynq-工具篇:SDK在线运行裸跑程序.pdf》将zstar.bit文件和helloworld.elf文件烧录到Zynq中运行起来。

         打开Putty,并设置好串口,可以看到如图缩回,每隔5s不断的打印采样到的当前温度和电压值。温度传感器在FPGA器件内部,因此采样到的Temperature值达到了52°C

39-15.jpg


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