EES288用户手册

1 概述

EES-288是基于Xilinx Zynq-7000 系列FPGA的最小系统板。主芯片XC7Z010CLG400-1内部含有集成处理系统(PS)和可编程逻辑资源(PL)。PS部分集成了功能丰富的两颗ARM Cortex-A9核心,同时还包含片上存储器、外部存储接口和一组丰富的I/O外设,可以灵活应用于具有FX8接口的FPGA母板。EES-288提供SD接口、UART接口以及USB 2.0接口,可以与大量外设进行通信,使其广泛应用在便携式、低功耗应用。另外还提供了一个Ethernet接口,该接口兼容IEEE 802.3标准,支持10/100/1000M传输速率,可以满足不同的网络应用开发。搭配Xilinx的ISE 软件和Vivado软件,可灵活的进行系统设计和开发,它为所有可编程SOC提供了一个硬件设计开发环境。

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图1 EES288电路板体系结构图

硬件规格:

PS

  • Zynq-7 XC7Z010-CLG400-1
  • 1GB DDR3 Memory SODIMM
  • 128Mb Quad SPI Flash memory
  • Secure Digital (SD) connector
  • USB-to-UART bridge
  • 10/100/1000M Ethernet PHY
  • USB2.0 PHY

PL

  • 2 Bit User LED
  • 2个2*8 PMOD输出接口
  • 2个80pin 的FX8连接器
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图2 EES288实验板实物框图

2 FPGA

EES-288核心板上包含的主芯片xc7z010-clg400-1是基于Xilinx zynq-7000 的全可编程SOC器件。Zynq-7000系列SOC器件在单一芯片上集成了功能丰富的处理系统(PS)和可编程序逻辑(PL)资源。处理器系统包含一个功能丰富的双核ARM Cortex-A9核心,并采用了高性能、低功耗的28 nm工艺技术实现。同时,它还包含片上存储器、外部存储接口和一组丰富的I/O外设。

zynq-7000 AP SOC由以下主要功能模块构成: 处理系统(PS) 、应用处理器单元(APU)、内存接口、I/O外设(IOP)及可编程逻辑(PL)资源等。Zynq-7000系列FPGA芯片的功能模块图如下图所示:

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图3 ZYNQ-7000 FPGA 功能模块图

3 板卡供电

最小系统板采用USB接口提供5V的电压供电,板上提供了两个Micro-USB接口,功能分别为USB-OTG(J8)和USB-JTAG(J3),其中USB-JTAG接口可以用于为板卡供电。板卡上提供电压转换电路将USB输入的5V电压转换为板卡上各类芯片需要的工作电压。上电成功后橙色LED灯(D3)点亮。

4 时钟模块

板上提供了一个100MHz的晶振用作系统时钟和一个33.33MHz的晶振做处理系统的时钟,分别与PL端全局时钟输入脚K17以及PS端系统时钟输入脚E7相连。

名称 原理图标号 FPGA IO PIN
系统时钟 FPGA_CLK0 K17
处理器时钟 PS_CLK E7

5 FPGA配置

EES288支持三种方式启动,分别是JTAG、QSPI flash以及SD card。不同启动方式的选择电路如图4所示。

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图4 BOOT SEL电路图

表2 不同启动方式的跳线连接设置

Jumber position
1-2 JTAG
2-3 QSPI
3-4 SD CARD

跳线设置方法如表2所示,当跳线1和跳线2连接时,启动方式为JTAG模式,以此类推。用户可以根据自己的需要选择不同的启动方式。

6 复位模块

板上提供了三个按钮,分别实现FPGA编程复位(FPGA_PROG#)、处理系统复位(PS_SRST#)以及处理系统上电复位(PS_POR#),具体的接口电路如图5所示:

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图5 SW接口电路图

表3 SW接口与FPGA接口的连接关系

U1 FPGA Pin Schematic Net Name Controlled SW
B10 PS_SRST# S2
C7 PS_POR#_SW S3
L6 FPGA_PROG# S12

7 JTAG接口

在子板上提供了一个JTAG下载和调试的接口, JTAG的下载电路图如下图所示:

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图6 JTAG下载电路图

表4 JTAG接口与FPGA接口的连接关系

U1 FPGA Pin Schematic Net Name ARM JTAG Pin Number
G11 FPGA_TCK 3
H13 FPGA_TDO 4
G14 FPGA_TDI 5
G12 FPGA_TMS 6

8 PS LED模块

电路板上提供了2个PS LED灯,具体的连接电路图如下图所示:

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图7 用户LED接口电路图

表5 PS LED接口与FPGA接口的连接关系

U1 FPGA Pin Schematic Net Name Controlled LED
D5 PS_MIO8 D1
D8 MIO7 D5

9 DDR3存储模块

这块开发板上包括两颗Micro MT41J256M16 RE-125的内存芯片,总容量4GB DDR3 SDRAM。DDR3是与Zynq芯片的PS部分相连。供电电压是1.5V。

10 QSPI Flash模块

N25Q128(16 mb x 8)是一个128bit的串行闪存,具有先进的写保护机制。他是通过一个高速spi兼容的总线工作在XIP(“执行到位”)模式,这个N25Q128支持创新、高性能四/双I/O指令,这些新的指令允许双或四传输带宽为阅读和程序操作。内存可以操作的三种不同的协议为:

  • 标准SPI(扩展SPI协议)
  • 四I / O SPI
  • 对偶I / O SPI

其读写时序如下图所示:

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图8 QSPI Flash读写时序图

该芯片与FPGA芯片的I/O引脚的连接关系如下原理图所示:

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图9 FLASH芯片接口原理图

表6 NOR FLASH与FPGA的连接关系

U1-C FPGA Pin Schematic Net Name U43 BPI Flash
Pin Number Pin Name
A5(MIO6) QSPI_CLK 16 CLK
B8(MIO2) QSPI_IO0 15 DQ0
B7(MIO4) QSPI_IO2 9 DQ2_VPP_WP#
A6(MIO5) QSPI_IO3 1 DQ3_HOLD#
A7(MIO1) QSPI_CS# 7 CS#
D6(MIO3) QSPI_IO1 8 DQ1

11 SD模块

板上带有1个SD卡插槽,用于存储数据和系统启动,其电路如下图所示:

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图14 SD接口电路图

表7 SD卡接口信号与FPGA管脚连接关系

U1 FPGA Pin Schematic Net Name J15 and U27 SD Module Connector
Pin Number Pin Name
F13(MIO44) SD1_DATA2 1 DATA2
B15(MIO45) SD1_DATA3 2 DATA3
C17(MIO41) SD1_CMD 3 CMD
D14(MIO40) SD1_CLK 5 CLK
E12(MIO42) SD1_DATA0 7 DATA0
A9(MIO43) AD1_DATA1 8 DATA1
E6(MIO0) SDIO_CD 9 C/D

12 UART模块

UART接口由发送TX和接收RX信号构成,同时通过USB-UART的转换芯片CP2102实现与PC机的USB连接。由于连接到SoC的串口I/O引脚电平为1.8V,因而通过电平转换芯片SN74AVC2T245RSWR实现3.3V和1.8V的电平转换。具体电路如下图所示:

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图11 UART接口电路图

表8 UART接口信号与FPGA管脚连接关系

U1 FPGA Pin Schematic Net Name U8 Pin Number
B12(MIO48) PS_LS_TXD 8
C12(MIO49) PS_LS_RXD 9

13 USB 2.0模块

板上集成一个USB 2.0的PHY芯片,该芯片与xc7z010-clg400-1内的USB 2.0 ULPI收发器构成USB host/device 以及USB OTG的功能。

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图12 USB接口电路图

表9 USB接口信号与FPGA管脚连接关系

U1-C FPGA Pin Schematic Net Name U5 USB3320C
Pin Number Pin Name
A11(MIO36) USB0_CLKOUT 1 CLKOUT
E16(MIO31) USB0_NXT 2 NXT
A14(MIO32) USB0_D0 3 D0
D15(MIO33) USB0_D1 4 D1
A12(MIO34) USB0_D2 5 D2
F12(MIO35) USB0_D3 6 D3
C16(MIO28) USB0_D4 7 D4
A10(MIO37) USB0_D5 9 D5
E13(MIO38) USB0_D6 10 D6
C18(MIO39) USB0_D7 13 D7
D16(MIO46) USB0_RESET# 27 RESET#
C15(MIO30) USB0_STP 29 USB0_STP
C13(MIO29) USB0_DIR 31 USB0_DIR

14 Ethernet接口

实验平台上包含一个 Mavell Alaska 的以太网PHY(88E1116R) 接口, Ultra 88E1111 是一个以太网物理层器件PHY,可以10/100/1000 Mb/s的速率运行,PHY芯片的差分输入输出数据信号和一个Halo HFJ11-1-1G01-E RJ-45的连接器相连,以此将其连接到外部的以太网络上,另一方面,PHY器件的并行数据输入输出信号和一些控制信号与FPGA连接,通过FPGA片内设计MAC层和IP层以及配套的逻辑,可以接收从PHY来的物理层数据并进行处理和传递,同时也可以将上层的数据经处理后传送到PHY器件再传送到网路上,外部提供了一个25MHz的时钟输入,在上电或复位以后接口有一个缺省的设置,这些设置也可以通过FPGA的控制逻辑来改变。下图是以太网接口的电路图。

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图13 PHY接口电路图

表10 PHY接口信号与FPGA管脚连接关系

U1 FPGA Pin Schematic Pin Name U14 M88E1111
Pin Number |Pin Name
A19(MIO16) PHY_TX_CLK 60 TX_CLK
F14(MIO21) PHY_TX_CTRL 63 TX_CTRL
B17(MIO22) PHY_RX_CLK 53 RX_CLK
D13(MIO27) PHY_RX_CTRL 49 RX_CTRL
A17(MIO20) PHY_TX_D3 62 TXD3
D10(MIO19) PHY_TX_D2 61 TXD2
B18(MIO18) PHY_TX_D1 59 TXD1
E14(MIO17) PHY_TX_D0 58 TXD0
  PHY_LED0 6 LED0
  PHY_LED1 8 LED1
B14(MIO47) PHY_RESET# 10 RESET_B
C10(MIO52) PHY_MDC 45 MDIO
C11(MIO53) PHY_MDIO 48 MDC
  PHY_LED2 9 LED2
A15(MIO26) PHY_RX_D3 55 RXD3
F15(MIO25) PHY_RX_D2 54 RXD2
A16(MIO24) PHY_RX_D1 51 RXD1
D11(MIO23) PHY_RX_D0 50 RXD0

15 GPIO扩展接口

在子板上含有两个2x6 pin GPIO扩展口,接口电路图如下图所示:

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图14 PMOD接口电路图

表11 PMOD接口与FPGA接口的连接关系

U1 FPGA Pin Schematic Net Name PMOD Connector Pin Number
L14 IO_L22P_T3_AD7P_35 1(P1)
M14 IP_L23P_T3_35 2(P1)
K16 IO_L24P_T3_AD15P_35 3(P1)
G14 IO_0_35 4(P1)
L15 IO_L22N_T3_AD7N_35 7(P1)
M15 IO_L23N_T3_35 8(P1)
J16 IO_L24P_T3_AD15N_35 9(P1)
J15 IO_25_35 10(P1)
W18 10_L22P_T3_34 1(P2)
N17 IO_L23P_T3_34 2(P2)
P15 IO_L24P_T3_34 3(P2)
R19 IO_0_34 4(P2)
W19 IO_L22N_T3_34 7(P2)
P18 IO_L23N_T3_34 8(P2)
P16 IO_L24N_T3_34 9(P2)
T19 IO_25_34 10(P2)

16 FX8 Connector模块

FX8扩展I/O输出的连接器电路如图所示,该模块提供了100个有效逻辑I/O口以及10个处理系统I/O口输出,其余管脚提供5.0V、3.3V以及1.8V的供电输出,用户可以通过具有FX8的外设板进行功能的扩展。

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图15 FX8接口电路图

表12 FX8接口与FPGA接口的连接关系

U1 FPGA Pin Schematic Net Name J5-J6 Pin Number
T11 IO_L1P_T0_34 17(J5)
T10 IO_L1N_T0_34 18(J5)
T12 IO_L2P_T0_34 19(J5)
U12 IO_L2N_T0_34 20(J5)
U13 IO_L3P_T0_DQS_PUDC_B_34 21(J5)
V13 IO_L3N_T0_DQS_PUDC_B_34 22(J5)
V12 IO_L4P_T0_34 23(J5)
W13 IO_L4N_TO_34 24(J5)
T14 IO_L5P_TO_34 25(J5)
T15 IO_L5N_TO_34 26(J5)
P14 IO_L6P_TO_34 27(J5)
R14 IO_L6N_TO_34 28(J5)
Y16 IO_L7P_T1_34 29(J5)
Y17 IO_L7N_T1_34 30(J5)
W14 IO_L8P_T1_34 31(J5)
Y14 IO_L8N_T1_34 32(J5)
T16 IO_L9P_T1_34 33(J5)
U17 IO_L9N_T1_34 34(J5)
V15 IO_L10P_T1_34 35(J5)
W15 IO_L10N_T1_34 36(J5)
U14 IO_L11P_T1_SRCC_34 37(J5)
U15 IO_L11N_T1_SRCC_34 38(J5)
U18 IO_L12P_T1_MRCC_34 39(J5)
U19 IO_L12N_T1_MRCC_34 40(J5)
N18 IO_L13P_T2_MRCC_34 41(J5)
P19 IO_L13N_T2_MRCC_34 42(J5)
N20 IO_L14P_T2_SRCC_34 43(J5)
P20 IO_L14N_T2_SRCC_34 44(J5)
T20 IO_L15P_T2_DQS_34 45(J5)
U20 IO_L15N_T2_DQS_34 46(J5)
V20 IO_L16P_T2_34 47(J5)
W20 IO_L16N_T2_34 48(J5)
Y18 IO_L17P_T2_34 49(J5)
Y19 IO_L17N_T2_34 50(J5)
V16 IO_L18P_T2_34 51(J5)
W16 IO_L18N_T2_34 52(J5)
R16 IO_L19P_T3_34 53(J5)
R17 IO_L19N_T3_34 54(J5)
T17 IO_L20P_T3_34 55(J5)
R18 IO_L20N_T3_34 56(J5)
V17 IO_L21P_T3_DQS_34 57(J5)
V18 IO_L21N_T3_DQS_34 58(J5)
W18 IO_L22P_T3_34 59(J5)
W19 IO_L22N_T3_34 60(J5)
N17 IO_L23P_T3_34 61(J5)
P18 IO_L23N_T3_34 62(J5)
P15 IO_L24P_T3_34 63(J5)
P16 IO_L24N_T3_34 64(J5)
R19 IO_0_34 65(J5)
T19 IO_25_34 66(J5)
B13 PS_MIO50 74(J5)
B9 PS_MIO51 76(J5)
C20 IO_L1P_T0_ADDP_35 17(J6)
B20 IO_L1N_T0_ADDP_35 18(J6)
B19 IO_L2P_T0_AD8P_35 19(J6)
A20 IO_L2N_T0_AD8N_35 20(J6)
E17 IO_L3P_T0_DQS_AD1P_35 21(J6)
D18 IO_L3N_T0_DQS_AD1N_35 22(J6)
D19 IO_L4P_T0_35 23(J6)
D20 IO_L4N_T0_35 24(J6)
E18 IO_L5P_T0_AD9P_35 25(J6)
E19 IO_L5N_TO_AD9N_35 26(J6)
F16 IO_L6P_T0_35 27(J6)
F17 IO_L6N_T0_35 28(J6)
M19 IO_L7P_T1_AD2P_35 29(J6)
M20 IO_L7N_T1_AD2N_35 30(J6)
M17 IO_L18P_T1_AD10P_35 31(J6)
M18 IO_L18N_T1_AD10P_35 32(J6)
L19 IO_L9P_T1_DQS_AD3P_35 33(J6)
L20 IO_L9NT1_DQS_AD3N_35 34(J6)
K19 IO_L10P_T1_AD11P_35 35(J6)
J19 IO_L10N_T1_AD11N_35 36(J6)
L16 IO_L11P_T1_SRCC_35 37(J6)
L17 IO_L11N_T1_SRCC_35 38(J6)
K17 IO_L2P_T1_MRCC_35 39(J6)
K18 IO_L2N_T1_MRCC_35 40(J6)
H16 IO_L13P_T2_MRCC_35 41(J6)
H17 IO_L13N_T2_MRCC_35 42(J6)
J18 IO_L14P_T2_AD4P_SRCC_35 43(J6)
H18 IO_L14N_T2_AD4N_SRCC_35 44(J6)
F19 IO_L15P_T2_DQS_AD12P_35 45(J6)
F20 IO_L15N_T2_DQS_AD12N_35 46(J6)
G17 IO_L16P_T2_35 47(J6)
G18 IO_L16N_T2_35 48(J6)
J20 IO_L17P_T2_AD5P_35 49(J6)
H20 IO_L17N_T2_AD5N_35 50(J6)
G19 IO_L18P_T2_AD13P_35 51(J6)
G20 IO_L18N_T2_AD13N_35 52(J6)
H15 IO_L19P_T3_35 53(J6)
G15 IO_L19N_T3_35 54(J6)
K14 IO_L20P_T3_AD6P_35 55(J6)
J14 IO_L20N_T3_AD6N_35 56(J6)
N15 IO_L21P_T3_DQS_AD14P_35 57(J6)
N16 IO_L21N_T3_DQS_AD14N_35 58(J6)
L14 IO_L22P_T3_AD7P_35 59(J6)
L15 IO_L22N_T3_AD7N_35 60(J6)
M14 IO_L23P_T3_35 61(J6)
M15 IO_L23N_T3_35 62(J6)
K16 IO_L24P_T3_AD15P_35 63(J6)
J16 IO_L24N_T3_AD15N_35 64(J6)
G14 IO_0_35 65(J6)
J15 IO_25_35 66(J6)
C8 PS_MIO15 69(J6)
C5 PS_MIO14 70(J6)
E8 PS_MIO13 71(J6)
D9 PS_MIO12 72(J6)
C6 PS_MIO11 73(J6)
E9 PS_MIO10 74(J6)
B5 PS_MIO9 75(J6)
D5 PS_MIO8 76(J6)

17 EES353(底板)

17.1 概述

EES-353是依元素科技研制的可兼容基于A7的核心板EES-303的底板。该底板具有4个PMOD接口,2组2×23p的双排母接口用于IO功能扩展。产品外观如下图所示。

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对应的各功能接插件如下表所示:

编号 描述 位号
1 2个FX8接插件 J5、J6
2 4个PMOD接口 P1、P2、P3、P4
3 2个2x23p的排母 J7、J8
4 DC电源输入接口 J3
5 microUSB接口供电 J1

EES353和EES288配合使用示意图如下图所示:

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17.2 注意事项

在EES-353的使用过程中,要特别注意以下几点:

  • 工作电压不超过5V,以免烧坏;
  • Fx8、PMOD等所有接插件的部分PIN脚为电源和GND,使用时应避免短路造成核心板损坏。
  • J1的microUSB可用于供电,不可用于USB信号传输。

17.3 与ZYNQ核心板互联时管脚信号对应连接关系

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17.4 底板EES353的内部接口映射关系表

EES-353的J5 EES-353的J6
序号 信号名 序号 信号名 信号 信号名 信号 信号名
1 5.0V 2 5.0V 1 5.0V 2 5.0V
3 5.0V 4 5.0V 3 5.0V 4 5.0V
5 3.3V 6 NC 5 3.3V 6 NC
7 3.3V 8 NC 7 3.3V 8 NC
9 NC 10 NC 9 NC 10 NC
11 NC 12 NC 11 NC 12 NC
13 GND 14 GND 13 GND 14 GND
15 GND 16 GND 15 GND 16 GND
17 J8-7 18 J8-8 17 J7-7 18 J7-8
19 J8-9 20 J8-10 19 J7-9 20 J7-10
21 J8-11 22 J8-12 21 J7-11 22 J7-12
23 J8-13 24 J8-14 23 J7-13 24 J7-14
25 J8-15 26 J8-16 25 J7-15 26 J7-16
27 J8-17 28 J8-18 27 J7-17 28 J7-18
29 J8-19 30 J8-20 29 J7-19 30 J7-20
31 J8-21 32 J8-22 31 J7-21 32 J7-22
33 J8-23 34 J8-24 33 J7-23 34 J7-24
35 J8-25 36 J8-26 35 J7-25 36 J7-26
37 J8-27 38 J8-28 37 J7-27 38 J7-28
39 J8-29 40 J8-30 39 J7-29 40 J7-30
41 J8-35 42 J8-31 41 J7-31 42 J7-32
43 J8-37 44 J8-32 43 J7-33 44 J7-34
45 J8-39 46 J8-33 45 J7-35 46 J7-36
47 J8-41 48 J8-34 47 J7-37 48 J7-38
49 P4-4 50 J8-36 49 J7-39 50 J7-40
51 P4-10 52 J8-38 51 J7-41 52 J7-42
53 P4-9 54 J8-40 53 P3-1 54 P1-3
55 P4-3 56 J8-42 55 P3-7 56 P1-9
57 P4-2 58 P2-4 57 P3-2 58 P1-4
59 P4-8 60 P2-10 59 P3-8 60 P1-10
61 P4-7 62 P2-3 61 P3-3 62 P1-1
63 P4-1 64 P2-9 63 P3-9 64 P1-7
65 P2-7 66 P2-1 65 P3-4 66 P1-2
67 P2-2 68 NC 67 P3-10 68 NC
69 P2-8 70 NC 69 P1-8 70 NC
71 NC 72 NC 71 NC 72 NC
73 NC 74 NC 73 NC 74 NC
75 NC 76 NC 75 NC 76 NC
77 GND 78 GND 77 GND 78 GND
79 GND 80 GND 79 GND 80 GND

18 资料

EES288资料包链接: https://pan.baidu.com/s/1dEECEK5