ZYNQ_PL与PS的DDR交互详解
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ZYNQ7000系列中PS端与PL端的通信都是通过AXI总线进行连接的，利用好AXI协议是PS与PL交互的基础，因此设计这个实验来进一步了解两者间的通信。
1.实验目的
PL端通过AXI协议访问PS端的DDR内存，其中包括往DDR写数据，以及读取DDR内部的数据。
2.如何实现
看起来实验目的很简单，但是对于像我这样的初学者而言那还是有很多的问题的。例如：
1.芯片内部硬件怎么连接（好比两个人打电话，总得知道电话号码才能交流）
2.谁是主机谁是从机（好比两个人打电话，谁打给谁）
3.什么时候发数据，什么时候读数据，总不能在别人还没存好数据的时候读吧（比如两个人打电话，一个人在睡觉，怎么都打不通吧）
3.设计思路
针对上述3个问题，来设计总的思路，这样能有条理的实现总体的功能。
4.芯片内部硬件连接
ZYNQ中有9个AXI总线（如图 1），其中包含4个General-Purpose Ports（AXI_GP），主要是一些常用的通信，位宽为32位，4个High-Performance Ports，高速的通信，位宽为64位，还有一个AXI_AXP这个我不太了解，不过位宽也是64位。
从图 2中可以看出访问DDR3的接口有三条①、②、③条接口，其中PL的访问有两条，分别为①和③，为了简单我们选个③，如果有兴趣可以使用③来写，①来读的操作，这样能更好的理解两者间的交互。
5.从机与主机
这个简单的理解就是图 2中的箭头，箭头连接的一段为从机，没有连接的一段为主。例如AXI_HP接口，主机就是PL，而箭头连接的一段是PS，那么PS就是从机。
6.读写时序的控制
主要的问题集中于PL什么时候写数据；PL什么时候读数据。简单的一种控制就是PL自己控制，例如先写5个数据，在读5个数据，为了增加点难度，我们可以这样设计，用PS来通知PL什么时候写，什么时候读。那么又涉及到了两者的通信，而这种通信就比较普通，不是内存的控制，具有普适化的意义，这里使用AXI_GP来进行通信，以PS为主机。
注：PS发数据是走红色的路还是蓝色的路是由其地址决定的
图 3 PS发命令的端口
7.总结
最后我们使用AXI_GP接口来控制读写，其中PS为主机；用AXI_HP接口来进行DDR3数据的输入与输出，这时PL为主机。
8.程序设计流程图
流程图包含PS部分和PL部分。
9.PS部分流程设计
PS端的程序，我们采用轮训的方式进行读写命令完成的获取，也就是PS端不停地读取PL端是否写完，以及是否读完的命令。后续可以拓展为采用中断的方式进行读写控制。
图 4 PS端流程图
10.PL部分流程设计
PL端AXI_HP的流程如图 4所示，一个简单的状态机来完成数据的读写，此时PL为主机。
图 5 PL端AXI_HP的状态机
PL端AXI_GP的流程图如所示，也是一个简单的状态机，但是此时PL是从机，PS是主机，PS发出读取（是否写完或者是否读取）的状态，PL将此时的状态返回给PS端，让PS来进行判断是否需要进行下一步操作。
图 6 PL端AXI_GP的状态机
11.程序设计
首先，设计FPGA端的程序。有几个注意点：
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PL端的逻辑一般都是先仿真，然后进行板级调试，如果仿真没过，那么下载到板子上肯定不过（仿真很重要）。
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ZYNQ-7000的AXI协议不是和ARM一样严格遵守的，有些端口是没有用到的如图 7，但是响应这些一定要按协议来。
这里可以简单的想一下，PS端的DDR怎么能用PL来仿真呢？我能想到的解决方法有2个（欢迎提供更多的方法）:
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在PL端利用ddr的ip核选择AXI模式进行仿真，操作比较麻烦，同时仿真时间长，但是参考价值高
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就在PL端用一个带AXI4总线的bram进行仿真，比较简单，但是参考价值低
为了偷懒，我这边就用方法2来仿真。这个IP中有些端口也是没有用到的
图 7 axi_bram s_axi_awlock端口
根据4.2中的流程图，以及5中的分析，自己编写axi协议后，得到仿真图如图 8 AXI_HP的仿真，采用AXI INCR突发模式，突发大小为8个字节，突发长度为2。突发的地址是根据ZYNQ中的硬件地址来的如图 9，采用32’h0008_0000为起始地址（仿真的起始地址是0）。
图 8 PL端的AXI_HP仿真图
那么往ddr3写数据的地址应该怎么确定呢？图 9中可以看到AXI_HP可以用的地址，我用的起始地址是32’h0008_0000。
图 9 PS的地址映射
这里有个问题可以想一下，PS端的程序也是跑在DDR3里面的，那么怎么才能使得PL端访问的地址与程序跑的地址不冲突呢？（这个可以在评论中给点意见）
我这里的解决方案有两个：
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简单的就是写的地址与程序的地址不一样就好了
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就是在PS端分配好内存用来写ddr，然后将这个地址的起始地址发给PL，这样肯定不会有冲突（也许xilinx dma那个ip核就是这么干的吧）
同样为了偷懒，我采用第一个方法，那么怎么知道程序跑的地址呢?
在SDK的工程里面有个lscript.ld里面有许多地址的信息如图 10，图 11。可以看到这边的地址是从100000开始的，所以我用的地址不在这里。
图 10
图 11
12.程序验证结果
因为熟悉了一点AXI协议，就自己写了个AXI通信的模块，然后实现了PL与ddr的通信，以及PL与PS的通信。
本来用黑金zynq7020的板子验证的，结果电源模块坏了，找客服修说过保了，就不能修了，哎，好可惜。。。。。。。。。。。应该是二极管击穿导致的。
于是接了个ZCU102的开发板来测试这个程序，不过原理都是一样，只是代码上的地址可能要改一下。
写数据结果如图 12
读数据结果如图 13
图 13 读数据
上述读写的结果一致，完成了本次实验，这次实验中最重要的部分就是对AXI协议的理解。
参考资料
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xilinx.com/support/docu ug585 zynq7000的说明书
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xilinx.com/support/answ 解决时钟分配报错
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china.xilinx.com/suppor xilinx axi协议
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static.docs.arm.com/ihi arm axi协议
附录
Block Design如图 14 这个是ZCU102的，如果是zynq-7000.只要把中间的换了就好。
图 14 Block Design
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