擴展板

(一)簡介

擴展板部分的功能

 1 路 PCIEx8 接口
 4 路光纖接口
 2 路 10/100M/1000M 以太網 RJ-45 接口
 1 路 HDMI 視頻輸出接口
 1 路 HDMI 視頻輸入接口
 4 路 USB HOST 接口
 1 路 USB Uart 通信接口
 1 路 SD 卡接口
 1 路 40 針擴展口
 JTAG 調試接口
 4 個獨立按鍵
 4 個用戶 LED 燈
(二)USB轉串口

     AX7Z100 擴展板上配備了一個 Uart 轉 USB 接口,用於系統調試。轉換芯片採用 Silicon Labs CP2102GM 的 USB-UAR 芯片, USB 接口採用 MINI USB 接口,可以用一根 USB 線將它連接到上 PC 的 USB 口進行核心板的單獨供電和串口數據通信 。
(三)千兆以太網接口

       AX7Z100 擴展板上有 2 路千兆以太網接口,其中 1 路以太網接口是連接的 PS 系統端,另外 1 路以太網接口是連接到 PL 的邏輯 IO 口上。連接到 PL 端的千兆以太網接口需要通過程序調用 IP 掛載到 ZYNQ 的 AXI 總線系統上。

     以太網芯片採用 Micrel 公司的 KSZ9031RNX 以太網 PHY 芯片爲用戶提供網絡通信服務。PS 端的以太網 PHY 芯片是連接到 ZYNQ 的 PS 端 BANK501 的 GPIO 接口上。 PL 端的的以太網 PHY 芯片是連接到 BANK35 的 IO 上。 KSZ9031RNX 芯片支持 10/100/1000 Mbps網絡傳輸速率,通過 RGMII 接口跟 Zynq7000 系統的 MAC 層進行數據通信。 KSZ9031RNX支持MDI/MDX 自適應,各種速度自適應,Master/Slave 自適應,支持 MDIO 總線進行 PHY的寄存器管理。
(四)USB2.0 Host 接口

     AX7Z100擴展板上有4個USB2.0 HOST接口,USB2.0收發器採用的是一個1.8V的,高速的支持ULPI標準接口的USB3320C-EZK芯片,再通過一個USB HUB芯片USB2514擴展出4路USB HOST接口。ZYNQ的USB總線接口和USB3320C-EZK收發器相連接,實現高速的USB2.0Host模式的數據通信。 USB3320C的USB的數據和控制信號連接到ZYNQ芯片PS端的BANK501的IO口上,USB接口差分信號(DP/DM)連接到USB2514芯片擴展出4個USB接口。2個24MHz的晶振爲分別爲USB3320C和USB2514芯片提供時鐘。
(五)HDMI輸出接口

      HDMI 輸出接口的實現,是選用 ANALOG DEVICE 公司的 ADV7511 HDMI(DVI)編碼芯片,最高支持 1080P@60Hz 輸出,支持 3D 輸出。其中,ADV7511 的視頻數字接口,音頻數字接口和 I2C 配置接口和 ZYNQ7000 PL 部分的 BANK35 IO 相連,ZYNQ7000 系統通過 I2C 管腳來對 ADV7511 進行初始化和控制操作。
(六)HDMI輸入接口

      HDMI 輸入接口我們採用了 Silion Image 公司的 SIL9011/ SIL9013HDMI 解碼芯片,最高支持 1080P@60Hz 輸入,支持不同格式的數據輸出。其中,SIL9011/ SIL9013 的 IIC 配置接口也與 FPGA 的 BANK13 的 IO 相連,ZYNQ 通
過 I2C 總線的編程來對 SIL9013 進行初始化和控制操作。

(七)光纖接口

      AX7Z100 擴展板上有 4 路光纖接口,用戶可以購買 SFP 光模塊(市場上 1.25G,2.5G,10G 光模塊)插入到這 4 個光纖接口中進行光纖數據通信。 4 路光纖接口分別跟 ZYNQ 的BANK110 的 GTX 收發器的 2 路 RX/TX 相連接,TX 信號和 RX 信號都是以差分信號方式通過隔直電容連接 ZYNQ 和光模塊,每路 TX 發送和 RX 接收數據速率高達 10Gb/s。 BANK110
的 GTX 收發器的參考時鐘由核心板的 125M 差分時鐘提供。
(八)PCIe插槽

      AX7Z100 擴展板上有一個 PCIe x8 的接口, 8 對收發器連接到 PCIEx8 的金手指上,能實現 PCIEex8,PCIEex4, PCIex2, PCIex1 的數據通信。PCIe 接口的收發信號直接跟 ZYNQ BANK111, BANK112 的 GTX 收發器相連接,8 路TX 信號和 RX 信號都是以差分信號方式連接到 ZYNQ 的收發器上,單通道通信速率可高達 5Gbit 帶寬。

(九)SD卡

       AX7Z100底板包含了一個Micro型的SD卡接口,以提供用戶訪問SD卡存儲器,用於存儲ZYNQ芯片的BOOT程序,Linux操作系統內核, 文件系統以及其它的用戶數據文件。

(十)40針擴展口

      底板預留了 1 個 2.54mm 標準間距的 40 針的擴展口 J33,用於連接黑金的各個模塊或者用戶自己設計的外面電路,擴展口有 40 個信號,其中,5V 電源 1 路,3.3V 電源 2 路,地 3路,IO 口 34 路。 擴展口的 IO 連接的 ZYNQ 芯片 BANK10 的 IO 上,默認爲 3.3V,切勿直接跟外面的 5V 設備連接,以免燒壞 ZYNQ7000 芯片。如果要接 5V 設備,需要接電平轉換
芯片。
(十一)LED燈

      AX7Z100 底板上有 7 個發光二極管 LED, 1 個電源指示燈; 2 個串口通信指示燈, 4 個PL 控制指示燈。當開發板上電後電源指示燈會亮起;4 個 LED 燈連接到 PL 的 IO 上,用戶可以通過程序來控制亮和滅,當連接用戶 LED 燈的 IO 電壓爲低時,用戶 LED 燈熄滅,當連接IO 電壓爲高時,用戶 LED 會被點亮。 

(十二)復位按鍵和用戶按鍵
      AX7Z100 底板上有 1 個復位按鍵 RESET 和 4 個用戶按鍵。 復位信號連接到核心板的復位芯片輸入,用戶可以使用這個復位按鍵來複位 ZYNQ 系統,另外 4 個按鍵是連接到 PL 的 IO上。 復位按鍵和用戶按鍵都是低電平有效。
(十三)JTAG調試口

      在AX7Z100底板上預留了一個JTAG接口,用於下載ZYNQ程序或者固化程序到FLASH。爲了帶電插拔造成對 ZYNQ 芯片的損壞,我們在 JTAG 信號上添加了保護二極管來保證信號的電壓在 FPGA 接受的範圍,避免 ZYNQ 芯片的損壞。
(十四)撥碼開關配置

    開發板上有一個 2 位的撥碼開關 SW1 用來配置 ZYNQ 系統的啓動模式。 AX7Z100 系統開發平臺支持三種啓動模式。這三種啓動模式分別是 JTAG 調試模式, QSPI FLASH 和 SD 卡啓動模式。 XC7Z100 芯片上電後會檢測響應 MIO 口(MIO5 和 MIO4)的電平來決定那種啓動模式。用戶可以通過核心板上的撥碼開關 SW1 來選擇不同的啓動模式。 
(十五)電源

     開發板的電源輸入電壓爲 DC12V,可以通過 PCIE 插槽或者外接+12V 電源給板子供電。外接電源供電時請使用開發板自帶的電源,不要用其他規格的電源,以免損壞開發板。 底板上通過 1 路 DC/DC 電源芯片 TPS54620 和 3 路 DC/DC 電源芯片 MP1482 轉換成+5V,+1.2V,+3.3V 和 1.8V 四路電源。因爲+5V 電源通過板間連接器給核心板供電,所以 DCDC 電源的
電流輸出爲 6A,其它 3 路電源電流輸出爲 2A。
(十六)風扇

     因爲 ZYNQ7100 正常工作時會產生大量的熱量,我們在板上爲芯片增加了一個散熱片和風扇,防止芯片過熱。風扇的控制由 ZYNQ 芯片來控制,控制管腳連接到 BANK10 的 IO 上,如果 IO 電平輸出爲低,MOSFET 管導通,風扇工作,如果 IO 電平輸出爲高,風扇停止。 

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