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【ZYNQ Ultrascale+ MPSOC FPGA教程】第二章 硬件原理图介绍

作者:互联网

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。主芯片采用Xilinx公司的Zynq UltraScale+ MPSoCs CG系列的芯片,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存储芯片和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:

 

ZYNQ芯片

XCZU2CG-1SFVC784E芯片的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存储芯片,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芯片的总体框图下图所示

ZU2CG芯片的总体框图

 

其中PS系统部分的主要参数如下:

其中PL逻辑部分的主要参数如下:

XCZU2CG-1SFVC784E芯片的速度等级为-1,商业级,封装为SFVC784。

DDR4 DRAM

AXU2CGA板上PS端配有2片Micron(美光)的DDR4芯片,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芯片,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:

图3-1 PS端DDR4 DRAM原理图部分

 

QSPI Flash

AXU2CGA/B配有1片256MBit大小的Quad-SPI FLASH芯片,型号为MT25QU256ABA1EW9-0SIT。QSPI FLASH连接到ZYNQ芯片的PS部分BANK500的GPIO口上,图4-1为QSPI Flash在原理图中的部分。

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芯片。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。

图5-1 eMMCFlash连接示意图

 

EEPROM

AXU2CGA/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

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:

7-1 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芯片和USB3.0 HUB芯片,实现高速的USB3.0数据通信。

USB连接的示意图如8-1所示:

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芯片连接的PS的BANK502上。GPHY芯片采用Micrel公司的KSZ9031RNXIC以太网PHY芯片,PHY Address 为 001。图9-1为ZYNQ PS端以太网PHY芯片连接示意图:

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。转换芯片采用Silicon Labs CP2102的USB-UAR芯片, 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:

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。

 

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:

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芯片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芯片BANK25,BANK26上,电平标准为3.3V。设计的示意图如下图13-1所示:

 

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:

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

 

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。芯片上电后会检测(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。

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:

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:

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。

图 20-1电源接口

 

结构尺寸图

图21-1正面图(Top View)

 

标签:MPSOC,AXU2CGA,FPGA,PS,芯片,原理图,接口,连接,示意图
来源: https://blog.csdn.net/m0_53439615/article/details/112862585