วิธีทำเออร์นี่: 11 ขั้นตอน

2024 ผู้เขียน: John Day | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-30 13:03

นี่คือบทช่วยสอนเกี่ยวกับวิธีการสร้าง Ernie หุ่นยนต์ควบคุมเสียงอัตโนมัติของคุณโดยใช้ Zybo Board ซึ่งจะครอบคลุมถึงวิธีการ: สร้างโปรเจ็กต์ใน Vivado, สร้างไดรเวอร์เซอร์โวมอเตอร์แบบ PWM ใน FPGA, เชื่อมต่อกับเซ็นเซอร์เสียงสองตัว, สร้างความแตกต่างของเวลาของ IP ขาเข้า, ใช้ freeRTOS และเรียกใช้ zybo จากก้อนแบตเตอรี่ นี่เป็นโครงการสุดท้ายของเราสำหรับคลาสระบบปฏิบัติการแบบเรียลไทม์ (CPE 439) ที่ Cal Poly SLO

รายการอุปกรณ์:

• 1 - คณะกรรมการพัฒนา ZYBO Zynq 7000
• 2 - เซอร์โวหมุนต่อเนื่องแบบพารัลแลกซ์
• 2 - เซนเซอร์เสียง (เครื่องตรวจจับเสียง SparkFun)
• 1 - 5v แบตเตอรี่ลิเธียมไอออน USB (สำหรับบอร์ด)
• 4 - แบตเตอรี่ AA (สำหรับเซอร์โว)
• 1 - ก้อนแบตเตอรี่ AA (พร้อมช่องใส่แบตเตอรี่ 4 ก้อน)
• 1 - สายไมโคร USB
• 1 - เขียงหั่นขนม
• หลายสาย - ชายกับชาย
• 1 - แชสซีเซอร์โว

ข้อกำหนดของซอฟต์แวร์:

• Xilinx Vivado Design Suite 2016.2
• Digilent Adept 2.16.1

ขั้นตอนที่ 1: การตั้งค่าโครงการใน Vivado สำหรับ Ernie

1. วิซาร์ดจะปรากฏขึ้น
2. คลิกถัดไป

3. ต่อไปชื่อโครงการ

   1. ห้ามใช้ชื่อโครงการหรือเส้นทางไดเรกทอรีที่มีช่องว่าง!!!!!
   2. นี่จะเป็นโครงการ RTL
4. เราไม่ต้องการระบุแหล่งที่มา

5. คลิกถัดไปเราจะไปที่หน้าส่วน เรากำลังใช้ ZYNQ XC7Z010-1CLG400C

   1. Vivado ไม่มี Zybo ที่ระบุว่าเป็นหนึ่งในบอร์ดที่กำหนดไว้ล่วงหน้า เลือก: “parts” จากนั้นค้นหา xc7z010clg400-1
   2. หากคุณเลือกส่วนที่ไม่ถูกต้องโดยไม่ได้ตั้งใจ คุณสามารถสลับชิปได้อย่างง่ายดาย: เครื่องมือ -> การตั้งค่าโครงการ -> ทั่วไป แล้วคลิกจุดทางด้านขวาของ "Project Device"

6. คลิกสร้างการออกแบบบล็อก

   ตั้งชื่อมันว่า design_1 สำหรับตอนนี้

7. คุณจะเห็นแถบสีเขียวที่ระบุว่า เพิ่ม IP ให้คลิกที่มัน

8. ค้นหา Zynq

   1. ดับเบิ้ลคลิกระบบประมวลผล ZYNQ7
   2. บล็อกนี้จะปรากฏในการออกแบบบล็อกของเรา
9. คุณจะเห็นแถบสีเขียวที่ระบุว่า Run Block Automation คลิกมัน
10. ดาวน์โหลด zybo_zynq_def.xml ด้านล่าง

11. ใน Vivado คลิก "นำเข้าการตั้งค่า XPS" และเลือก "zybo_zynq_def.xml"

    ค่านี้จะเติมการกำหนดค่าบล็อก Vivado ด้วยอุปกรณ์ต่อพ่วงในตัวและการกำหนดพินทั้งหมดของบอร์ด Zybo

12. ดับเบิลคลิกที่บล็อก ZYNQ

    1. การกำหนดค่า MIO

       1. เปิดใช้งาน Timer 0 (ภายใต้ Application Processor Unit - img 1)
       2. เปิดใช้งาน Watchdog (ภายใต้ Application Processor Unit- img 1)
       3. เปิดใช้งาน GPIO->GPIO MIO (ภายใต้ Application Processor Unit - img 2)
       4. เปิดใช้งาน GPIO->ENET Reset (ภายใต้ I/O Peripherals- img 2)

    2. การกำหนดค่านาฬิกา

       ปิดการใช้งาน FCLK0 (ภายใต้ PL Fabric Clocks - img 3)

13. คลิกตกลง

14. “เรียกใช้บล็อกอัตโนมัติ” ตอนนี้

    จะมีคำถามบางอย่างเกี่ยวกับสัญญาณ ให้พูดว่า OK

15. คลิก "สร้าง HDL Wrapper"

    เราจะต้องการคัดลอกเสื้อคลุมที่สร้างขึ้นเพื่อให้ผู้ใช้แก้ไขได้

16. คลิกตกลง

ขั้นตอนที่ 2: การสร้าง PWM ของ Ernie ใน Vivado

ขั้นตอนนี้จะสร้าง PWM IP พร้อมอินพุตที่ส่งผ่านไลบรารี AXI

1. สร้างบล็อก AXI GPIO โดยคลิกขวาที่พื้นหลังแล้วคลิก "เพิ่ม IP"

   พิมพ์ "AXI_GPIO" ลงในแถบค้นหา แล้วเลือกแพ็คเกจนี้

2. ปรับแต่ง IP ใหม่โดยดับเบิลคลิกที่บล็อก axi_gpio_0 ใหม่

   1. ภายใต้ GPIO ให้ตั้งค่าความกว้าง GPIO เป็น 2 บิตเหล่านี้จะเป็นสัญญาณ PWM_ON เพื่อขับเคลื่อนอินสแตนซ์โมดูล PWM แต่ละตัว
   2. คลิก "เปิดใช้งานช่องสัญญาณคู่"
   3. ภายใต้ GPIO 2 ให้ตั้งค่าความกว้าง GPIO เป็น 2 บิตเหล่านี้จะเป็นสัญญาณ PWM_FW เพื่อกำหนดทิศทางของอินสแตนซ์โมดูล PWM แต่ละตัว

3. คลิกขวาที่พอร์ตเอาต์พุต axi_gpio_0 ที่ระบุว่า GPIO และเลือก "สร้างภายนอก"

   1. คลิกที่เอาต์พุตใหม่ที่มีป้ายกำกับ GPIO และไปที่แท็บ "คุณสมบัติ" บนแถบเครื่องมือด้านซ้าย และเปลี่ยนชื่อเป็น PWM_ON
   2. คลิกที่เอาต์พุตใหม่ที่มีป้ายกำกับ GPIO2 และไปที่แท็บ "คุณสมบัติ" บนแถบเครื่องมือด้านซ้าย และเปลี่ยนชื่อเป็น PWM_FW

4. เลือก Run Connection Automation ในแบนเนอร์สีเขียวด้านบนบล็อกไดอะแกรม

   หากคุณเชื่อมต่อพอร์ตด้วยตนเอง อาจไม่มีการกำหนดค่าที่อยู่ AXI ซึ่งนำไปสู่ปัญหาการสื่อสารในภายหลัง

5. ในบานหน้าต่าง Flow Navigator เลือกผู้จัดการโครงการ -> เพิ่มแหล่งที่มาเพื่อสร้างบล็อก IP ที่กำหนดเองใหม่

   1. เลือก "เพิ่มหรือสร้างแหล่งการออกแบบ" แล้วกดถัดไป
   2. คลิก "สร้างไฟล์" เปลี่ยนประเภทไฟล์เป็น "SystemVerilog" และพิมพ์ "pwm" ในช่องชื่อไฟล์ จากนั้นคลิกตกลง
   3. คลิกเสร็จสิ้น

   4. ละเว้นหน้าต่าง Define Module โดยกด OK (เราจะเขียนทับสิ่งเหล่านี้ในภายหลัง)

      หากถามว่าแน่ใจหรือไม่ ให้คลิกใช่

6. ในแท็บแหล่งที่มา ให้ดับเบิลคลิกที่ pwm.sv (อยู่ใน "Design Sources/design_1_wrapper")

   คัดลอก/วางโค้ด SystemVerilog ทั้งหมดจากไฟล์ pwm.txt ที่แนบมาด้านล่าง

ขั้นตอนที่ 3: การสร้าง TDOA ของ Ernie ใน Vivado

ขั้นตอนนี้จะสร้าง TDOA IP ซึ่งสามารถอ่านเอาต์พุตได้ผ่านไลบรารี AXI

1. สร้างบล็อก AXI GPIO โดยคลิกขวาที่พื้นหลังแล้วคลิก "เพิ่ม IP"

   พิมพ์ "AXI_GPIO" ลงในแถบค้นหา แล้วเลือกแพ็คเกจนี้

2. ปรับแต่ง IP ใหม่โดยดับเบิลคลิกที่บล็อก axi_gpio_1 ใหม่

   1. ภายใต้ GPIO ให้ทำเครื่องหมายที่ช่อง "All Inputs" และตั้งค่าความกว้าง GPIO เป็น 32 บัสนี้จะเป็นความแตกต่างของเวลาที่มาถึงระหว่างเซ็นเซอร์ทั้งสอง
   2. ภายในบล็อก axi_gpio_1 คลิก + ถัดจากพอร์ต GPIO เพื่อเปิดเผย gpio_io_i[31:0]

3. คลิกขวาที่พอร์ตเอาต์พุต axi_gpio_1 ที่ระบุว่า gpio_io_i[31:0] แล้วเลือก "สร้างภายนอก"

   คลิกที่อินพุตใหม่ชื่อ gpio_io_i[31:0] และไปที่แท็บ "คุณสมบัติ" บนแถบเครื่องมือด้านซ้าย และเปลี่ยนชื่อเป็น TDOA_val

4. เลือก Run Connection Automation ในแบนเนอร์สีเขียวด้านบนบล็อกไดอะแกรม

   หากคุณเชื่อมต่อพอร์ตด้วยตนเอง อาจไม่มีการกำหนดค่าที่อยู่ AXI ซึ่งนำไปสู่ปัญหาการสื่อสารในภายหลัง

5. ในบานหน้าต่าง Flow Navigator เลือกผู้จัดการโครงการ -> เพิ่มแหล่งที่มาเพื่อสร้างบล็อก IP ที่กำหนดเองใหม่

   1. เลือก "เพิ่มหรือสร้างแหล่งการออกแบบ" แล้วกดถัดไป
   2. คลิก "สร้างไฟล์" เปลี่ยนประเภทไฟล์เป็น "SystemVerilog" และพิมพ์ "tdoa" ในช่องชื่อไฟล์ จากนั้นคลิกตกลง
   3. คลิกเสร็จสิ้น

   4. ละเว้นหน้าต่าง Define Module โดยกด OK (เราจะเขียนทับสิ่งเหล่านี้ในภายหลัง)

      หากถามว่าแน่ใจหรือไม่ ให้คลิกใช่

6. ในแท็บแหล่งที่มา ให้ดับเบิลคลิกที่ tdoa.sv (อยู่ใน "Design Sources/design_1_wrapper")

   คัดลอก/วางโค้ด SystemVerilog ทั้งหมดจากไฟล์ tdoa.txt ที่แนบมาด้านล่าง

ขั้นตอนที่ 4: การห่อและส่งออก Ernie

1. ตรวจสอบว่าบล็อกไดอะแกรมดูเหมือนภาพหน้าจอที่แนบมา

2. ในแท็บแหล่งที่มา ให้คลิกขวาที่ design_1.bd แล้วเลือก "สร้าง HDL Wrapper…"

   1. เลือก "คัดลอกเอาต์พุตที่สร้างขึ้นเพื่ออนุญาตให้ผู้ใช้แก้ไข" จากนั้นกด "ตกลง"
   2. คัดลอกโค้ดจาก design_1_wrapper.txt ที่แนบมาด้านล่าง และวางแทนโค้ด design_1_wrapper.v ที่สร้างขึ้น
   3. บันทึกการออกแบบ_1_wrapper.v

3. ในแท็บแหล่งที่มา ให้ดับเบิลคลิกที่ไฟล์ ZYBO_Master.xdc ภายใต้ Constraints/constrs1

   1. คัดลอกโค้ดจาก ZYBO_Master.txt ที่แนบมาด้านล่าง และวางแทนโค้ด ZYBO_Master.xdc ที่มีอยู่

   2. สังเกตพินอินพุต/เอาต์พุตต่อไปนี้:

      1. L15: สัญญาณ PWM สำหรับมอเตอร์ด้านซ้าย (Pmod JA2 บน Zybo)
      2. L14: สัญญาณ PWM สำหรับมอเตอร์ด้านขวา (Pmod JA8 บน Zybo)
      3. V12: อินพุตเกตจากเซ็นเซอร์เสียง 1 (Pmod JE1 บน Zybo)
      4. K16: อินพุตเกตจากเซ็นเซอร์เสียง 2 (Pmod JE2 บน Zybo)

4. ในบานหน้าต่าง Flow Navigator คลิก "สร้าง Bitstream" ใต้โปรแกรมและดีบัก

   ถ้าคุณคิดว่ามันเสร็จทันที ก็คงไม่ใช่ ชงชาให้หน่อย

5. คลิกไฟล์ -> ส่งออก -> สร้างฮาร์ดแวร์

   ทำเครื่องหมายที่ "รวม Bitstream" แล้วกดตกลง

6. คลิกไฟล์ -> เปิด SDK

ขั้นตอนที่ 5: สร้างเออร์นี่

1. ติดตั้งเซอร์โวเข้ากับแชสซีเซอร์โว

2. ทำตามแผ่นข้อมูลสำหรับเซอร์โวให้ทำดังต่อไปนี้:

   1. เชื่อมต่อกราวด์ของเซอร์โวกับพินกราวด์บน JA Pmod ของ Zybo (ดูรูปพินเอาต์ที่แนบมา)
   2. ต่อสายไฟของเซอร์โวเข้ากับก้อนแบตเตอรี่ AA

      เราพบว่าเมื่อเซอร์โวเชื่อมต่อกับ Vdd ของ Zybo บอร์ดจะดึงกระแสไฟมากเกินไป ทำให้บอร์ดมีการรีเซ็ตอย่างต่อเนื่อง

   3. เชื่อมต่อพินสัญญาณอินพุตกับพินเอาต์พุตที่เหมาะสมของ Zybo (ซ้าย: JA2, ขวา: JA8)
3. ติดตั้งเซ็นเซอร์เสียงที่ด้านหน้าของแชสซีโดยหันไปข้างหน้าโดยให้ชิดกันมากที่สุด

4. ใช้คู่มือการเชื่อมต่อของเซ็นเซอร์เสียงเพื่อรวมเซ็นเซอร์เสียง

   1. ต่อกราวด์และพิน Vdd ของเซ็นเซอร์เสียงแต่ละตัวเข้ากับกราวด์และพิน Vdd บน JE Pmod ของ Zybo (ดูภาพพินเอาต์ที่แนบมา)
   2. ต่อพินเกตของเซ็นเซอร์เสียงด้านซ้ายเข้ากับ JE1
   3. ต่อ Gate pin ของเซ็นเซอร์เสียงที่ถูกต้องเข้ากับ JE2

ขั้นตอนที่ 6: BSP แรกของเออร์นี่

1. สร้าง BSP เพื่อสรุปแพลตฟอร์มที่เราเพิ่งสร้างขึ้น

   คุณสามารถรับสิ่งนี้ผ่านไฟล์ -> ใหม่ -> แพ็คเกจสนับสนุนบอร์ด

2. วิซาร์ดจะปรากฏขึ้นเพื่อช่วยคุณสร้าง BSP

   1. เราต้องการผูก BSP นี้กับแพลตฟอร์มที่เราเพิ่งสร้างขึ้น ดังนั้น
   2. แพลตฟอร์มฮาร์ดแวร์ควรสอดคล้องกับสิ่งที่เราเพิ่งสร้างขึ้น (ดู img 1)
   3. CPU ของเราจะเป็น _0 CPU
   4. คลิกเสร็จสิ้น
   5. อย่าลืมทำเครื่องหมายที่ lwip141 เพื่อรวม bsp ของคุณในหน้าต่างที่ปรากฏขึ้น (ดู img 2)

ขั้นตอนที่ 7: Ernie ของ FreeRTOS ของ Ernie

1. ดาวน์โหลด FreeRTOS รุ่นล่าสุดจาก Sourceforge

   หากการดาวน์โหลดเป็นไฟล์เรียกทำงาน ให้เรียกใช้เพื่อแยกไฟล์ FreeRTOS ลงในไดเร็กทอรีโครงการของคุณ

2. เปิด SDK นั้นไว้ แล้วคลิกไฟล์ -> นำเข้า
3. เราต้องการคลิก ทั่วไป -> จากพื้นที่ทำงานที่มีอยู่ จากนั้นเราจะต้องไปที่ตำแหน่งที่เราดาวน์โหลด FreeRTOS

4. การสาธิตของเราจะอยู่ใน FreeRTOS/Demo/CORTEX_A9_Zynq_ZC702 เมื่อเลือกโฟลเดอร์นี้ เราควรจะเห็นสามโปรเจ็กต์ปรากฏขึ้น (รหัสของเรา (OS) คือ BSP และแพลตฟอร์ม HW)

   นำเข้า RTOSDemo เฉพาะในพื้นที่ทำงานปัจจุบันของคุณเท่านั้น

5. ในโครงการโฟลเดอร์ "สีน้ำเงิน" ทั้งหมดให้เปลี่ยน BSP. ที่อ้างอิง

   1. คลิกขวาและเลือก "เปลี่ยนการอ้างอิง BSP"
   2. เลือก BSP ที่คุณเพิ่งสร้างขึ้นสำหรับ Zybo. ของคุณ
   3. การแก้ไขโค้ดในโฟลเดอร์ SDK Blue ของ Xilinx เป็นโครงการรหัสจริง

ขั้นตอนที่ 8: นำเข้ารหัส C ของเออร์นี่

1. ในไดเร็กทอรี RTOSDemo/src ให้เขียนทับไฟล์ main.c ที่มีอยู่โดยแนบไฟล์ main.c ไว้ที่นี่
2. คัดลอกไฟล์ main_sound.c ลงในไดเร็กทอรี RTOSDemo/src

ขั้นตอนที่ 9: การดีบัก Ernie

1. เลือกเรียกใช้ -> การกำหนดค่าดีบัก
2. ที่บานหน้าต่างด้านซ้ายให้สร้าง System Debugger ใหม่ run

3. ในแท็บการตั้งค่าเป้าหมาย

   เลือก "รีเซ็ตทั้งระบบ" เพื่อเลือกทั้ง that และ ps7_init

4. ตอนนี้เลือกแท็บแอปพลิเคชัน

   1. เลือก “ดาวน์โหลดแอปพลิเคชั่น”
   2. ตั้งค่าแกน cortexa9_0 เป็น "หยุดที่รายการโปรแกรม"
   3. คลิกนำไปใช้และแก้ไขข้อบกพร่อง
5. ตรวจสอบว่าไม่มีข้อผิดพลาดในกระบวนการดีบัก
6. คอยดูหุ่นยนต์อย่างใกล้ชิด กดปุ่ม Resume จนกว่าโปรแกรมจะทำงานโดยไม่กดเบรกพอยต์ใดๆ
7. หุ่นยนต์ควรหันและเคลื่อนที่ไปทางเสียงดัง เย้!

ขั้นตอนที่ 10: ทำให้เออร์นี่เป็นอิสระ

1. เมื่อโปรเจ็กต์ของคุณพร้อมแล้ว (คุณสามารถรันได้โดยไม่มีปัญหาผ่านตัวดีบั๊ก) คุณก็พร้อมที่จะโหลดไปยังหน่วยความจำแฟลชบนบอร์ดของคุณ

2. สร้างสิ่งที่เรียกว่าโปรเจ็กต์ "ตัวโหลดการบูตขั้นแรก" (FSBL) และมีคำแนะนำทั้งหมดที่บอร์ดของคุณจะต้องใช้ในการโหลดไฟล์โครงการของคุณ (บิตสตรีมและระบบปฏิบัติการ) เมื่อเริ่มต้น

   1. เลือก: File->New->Application Project และหน้าต่างต่อไปนี้จะปรากฏขึ้น
   2. ตั้งชื่อตามที่คุณต้องการ (เช่น “FSBL”)
   3. ตรวจสอบให้แน่ใจว่าแพลตฟอร์มฮาร์ดแวร์เป็นแพลตฟอร์มที่คุณใช้งานอยู่
   4. กดถัดไป (อย่ากด Finish)
   5. เลือกเทมเพลต Zynq FSBL
   6. คลิกเสร็จสิ้น
3. เมื่อกระบวนการสร้างเสร็จสมบูรณ์ คุณจะรู้ว่าทุกอย่างทำงานได้หรือไม่ ถ้าคุณเห็นโฟลเดอร์ใหม่สองโฟลเดอร์ต่อไปนี้ในหน้าต่าง Project Explorer

4. สร้างอิมเมจ Boot ตอนนี้ คุณจะต้องสร้างอิมเมจ Boot

   1. คลิกขวาที่โฟลเดอร์โครงการของคุณ (ในกรณีนี้เรียกว่า "RTOSDemo")
   2. คลิก “สร้างอิมเมจ Boot” จากดรอปดาวน์

   3. หากทุกอย่างเชื่อมโยงอย่างถูกต้อง โปรเจ็กต์จะรู้ว่าต้องใช้ไฟล์ใดและหน้าต่างต่อไปนี้จะมีลักษณะดังที่คุณเห็นด้านล่าง (ที่สำคัญคือคุณมี 3 พาร์ติชั่นภายใต้ส่วนอิมเมจสำหรับบูต ตัวโหลดบูต ไฟล์บิตของคุณ และไฟล์โปรเจ็กต์.elf ของคุณ).

      หากไม่ใช่กรณีนี้ อาจมีบางอย่างผิดปกติกับการลิงก์โปรเจ็กต์ของคุณ ตรวจสอบให้แน่ใจว่าโฟลเดอร์โครงการเชื่อมโยงกับ BSP ที่เกี่ยวข้อง

   4. คลิกปุ่ม “สร้างภาพ”

5. ขั้นตอนสุดท้ายในการดำเนินการในซอฟต์แวร์คือตอนนี้แฟลชรูปภาพที่สร้างไว้ก่อนหน้านี้ไปยังหน่วยความจำของบอร์ด

   1. เลือกจากแถบเครื่องมือหลักของ SDK เลือก Xilinx Tools->Program Flash Memory
   2. ตรวจสอบให้แน่ใจว่าได้เลือกแพลตฟอร์มฮาร์ดแวร์ที่ถูกต้อง และเส้นทางของไฟล์รูปภาพชี้ไปที่ไฟล์. BIN ที่สร้างขึ้นในขั้นตอนก่อนหน้าอย่างถูกต้อง
   3. เลือก "qspi single" จากประเภท Flash
   4. ทำเครื่องหมายที่ "ยืนยันหลังจากแฟลช" เพื่อประกันความสมบูรณ์ แต่ไม่จำเป็น
6. กำหนดค่าบอร์ดของคุณ สุดท้ายคุณต้องแน่ใจว่าจัมเปอร์โหมดการเขียนโปรแกรมของบอร์ด (JP5) ได้รับการตั้งค่าอย่างถูกต้องเพื่อเลือกให้บูตจาก qspi (ซึ่งมีสิ่งที่คุณเพิ่งแฟลช) เมื่อ BootROM ทำงาน
7. ตอนนี้เพียงแค่เปิดเครื่องและตรวจสอบว่า "Logic Configuration Done LED" (LED 10) ติดสว่างเป็นสีเขียว

ขั้นตอนที่ 11: ทำให้เออร์นี่น่ารัก

1. ขน
2. ขนเยอะ
3. ตาโต!
4. … หมวกทรงสูง