学fpga（hls之vivadozynq和petalinux）

Posted 2022-05-12 费晓行

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        很多同学学习了fpga，也用到xilinx的vivado，当然也用到了zynq。可是没有弄清楚这里面之间的关系，趁着这个机会正好可以好好梳理一下。

1、vivado

        vivado是开发fpga的工具。一般人谈到vivado都是说用它来开发数字ip，不管是进行功能验证，还是功能开发，大体都是这个思路。

2、zynq

        zynq是arm和fpga的结合体。xilinx设计zynq的目的，一方面是想利用arm来获取现有的linux软件生态果实，另外一方面又可以利用fpga搭建个性化的应用场景，一举两得。

3、vivado sdk

        除了fpga之外，vivado还提供了sdk软件。这个软件主要就是提供各种裸机系统的开发和验证，当然ip的验证也是少不了的。等裸机系统验证没问题之后，就可以port到linux了。

4、vivado hls

        一般熟悉硬件开发的同学都是用vivado开发ip，但是对于软件开发的同学来说，他们对数字电路未必那么熟悉。所以Xilinx的同学希望软件同学也可以用hls来开发对应的ip内核。这部分的开发工作和vivado并不冲突，因为vivado hls更侧重于算法的实现和优化，而vivado侧重于硬件协议的开发。一个block design里面既有hls的ip，也有vivado的ip，这都是很正常的事情。不过有一点需要注意下，vivado的ip软件驱动需要自己写，而hls的软件驱动可以自动生成。

5、petalinux

        petalinux是xilinx给zynq等soc提供的linux平台，一般需要借助于ubuntu来开发底层软件，并不能完全用vivado sdk来开发。不过用xilinx做上层app的开发倒是可以的，vivado sdk本身也支持交叉编译、makefile和linkfile的编写。涉及到uboot、kernel、fs和device tree的部分，最好还是在ubuntu下面来完成。

7、裸机系统开发的思路

        如果把zynq当然裸机使用也是可以的。通常先用vivado或者vivado hls构建好ip之后，再设计block design，将个性ip嵌入在block design里面。等到block design设计结束后，就可以用vivado sdk开发软件程序了。

8、linux开发的思路

        除了裸机系统外，另外一种开发方法就是linux开发了。通常，用vivado和vivado hls构建好ip之后，再搭建block design。这部分和裸机开发一样。等block design完成之后，下面就是用petalinux工具创建完整的linux bsp平台（包含linux启动的一切必要代码）。在bsp全部构建好之后，就可以用vivado sdk或者ubuntu开发上层程序了，主要是linux程序。

9、异构软件平台开发

        除了纯裸机系统和linux开发之外，鉴于zynq有双核arm，还可以构建rtos+linux的开发架构。这部分的工作主要是软件设计的更改，和ip无关。至于ip在裸机系统里面被调用，还是在linux里面被调用，这个也看需求了。不过，这种模式比较适合那些需要复用linux平台和实时运动控制的场合，有点类似于arm+mpu的场景，整体来说也是非常合适的，再加上ip做硬件加速、拓展，只要设计得当，效果应该是非常不错的。