CN111506249A - 一种基于zynq平台的数据交互系统及方法 - Google Patents

一种基于zynq平台的数据交互系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于ZYNQ平台的数据交互系统及方法，其中，该数据交互系统包括PS处理系统和PL可编程逻辑模块；所述PS处理系统包括操作系统内存管理模块、DDR内存、HP0端口、HP3端口，所述操作系统内存管理模块与DDR内存连接，所述PS处理系统通过操作系统内存管理模块对DDR内存进行读写；所述HP0端口与DDR内存连接；所述PL可编程逻辑模块包括AXI4总线模块、参数配置寄存器逻辑模块；所述AXI4总线模块和参数配置寄存器逻辑模块分别对应连接有一个AXI4互联模块。应用本发明所述的基于ZYNQ平台的数据交互系统可以实现高效、简单、数据量大的数据传输。

Description

一种基于ZYNQ平台的数据交互系统及方法
技术领域
本发明属于高速数据采集和存储技术领域，具体涉及一种基于ZYNQ平台的数据交互系统及方法。
背景技术
随着计算机的广泛应用和电子学的高速发展，数字系统已被广泛地应用于国民经济、国防建设和科学试验的各个领域。和模拟系统相比，数字系统有精度高、稳定性好等一系列优点，但是数字系统只能处理离散的数字信号，外部世界的各种各样信息经过传感器转换以后，绝大部分以电压或电流等模拟量的形式存在，所以往往需要将这些模拟信号转化为便于处理和存储的数字信号。这部分工作就需要数据采集系统来完成，目前该领域主要通过DMA方式传输数据，在常用的基于ZYNQ-7000系列的采集存储系统中，使用传统的PL和PS端通信采用MDA核的方式通过控制S_AXI_HP接口读写PS端内存，而PS则通过操作系统直接访问PS端的内存。由于DMA核对于数据传输的长度有局限性，并且DMA核需要手动配置传输长度、工作模式等参数，灵活性较差，不便于使用，且数据传输长度受限制不能进行大量的数据传输，所以该方式适合小量数据，当数据量大时无法传输，不能满足大量数据基于DMA方式传输的需求，而现在在各个领域都致力于得到更精确的数据，获得尽可能完整的数据信息，可见不完整的数据是达不到要求的，急需一种能够满足大量数据传输的方法。
发明内容
针对现有的基于ZYNQ平台内部数据传输的方法中存在的问题，也为了实现高效、简单、数据量大的数据传输，本发明提供了一种基于ZYNQ平台的数据交互系统及方法。
本发明是采用如下技术方案实现的：
一种基于ZYNQ平台的数据交互系统，其包括PS处理系统和PL可编程逻辑模块；所述PS处理系统包括操作系统内存管理模块、DDR内存、HP0端口、HP3端口，所述操作系统内存管理模块与DDR内存连接，所述PS处理系统通过操作系统内存管理模块对DDR内存进行读写；所述HP0端口与DDR内存连接；所述PL可编程逻辑模块包括AXI4总线模块、参数配置寄存器逻辑模块；所述AXI4总线模块和参数配置寄存器逻辑模块分别对应连接有一个AXI4互联模块；所述AXI4总线模块包括FIFO模块、AXI控制逻辑模块，所述FIFO模块与AXI控制逻辑模块连接，所述FIFO模块用于接收外部输入的数据并进行同步处理，所述AXI控制逻辑模块用于读取经过FIFO模块处理的数据，并且所述AXI控制逻辑模块通过对应的AXI互联模块连接HP0端口对DDR内存进行数据的写入或读取；所述参数配置寄存器逻辑模块与AXI4总线模块连接，并且通过对应的AXI互联模块连接HP3端口，所述PS处理系统通过读取或写入参数配置寄存器逻辑模块，用于数据传输参数的设定以及监测数据传输的结果。
进一步的，所述参数配置寄存器逻辑模块包括DataMove模块、PS2PL寄存器、PL2PS寄存器；所述参数配置寄存器逻辑模块对应连接的AXI4互联模块与所述DataMove模块连接，所述DataMove模块用于读取PL2PS寄存器的寄存器值并转换成指令数据通过HP3端口发送至PS处理系统，同时所述DataMove模块通过HP3端口接收PS处理系统发送的指令并转换成寄存器值写入PS2PL寄存器；所述PL2PS寄存器的一端与DataMove模块连接，另一端与AXI总线模块的AXI控制逻辑模块连接，所述AXI控制逻辑模块将指令转换成寄存器值写入PL2PS寄存器；所述PS2PL寄存器的一端与DataMove模块连接，另一端与AXI总线模块的AXI控制逻辑模块连接，所述AXI控制逻辑模块通过读取PS2PL寄存器的寄存器值来获取PS处理系统发送的指令。
所述PL2PS寄存器主要是PS端对PL端的功能或者信息反馈的寄存器，PS端可以通过该模块的相关寄存器的值去解析PL端提供的指令，比如数据搬运完成的指令、数据搬运到存储器中的首地址指令等。所述PS2PL寄存器主要是PS端对PL端功能设定的寄存器，PL端可以通过该模块的相关寄存器的值去解析PS端提供的指令，如PS处理系统设定PL端总线搬运模块的总线突发长度、数据搬运长度等功能。AXI总线模块通过PS2PL寄存器获取该总线的突发长度、数据传输长度等相关配置开始去搬运数据到DDR，然后该模块同时给PL2PS寄存器写入相关的寄存器值，PS端则通过获取PL2PS寄存器的相关的寄存器值去从内存中拿取数据，完成基于ZYNQ平台中PL和PS数据的交互。
进一步的，所述HP0接口是ZYNQ高性能/带宽的AXI3.0标准的接口。
进一步的，所述FIFO模块连接有ADC采集模块。
一种基于ZYNQ平台的数据交互方法，其采用上述基于ZYNQ平台的数据交互系统进行数据存储和传输，具体包括以下步骤：
（1）将数据交互系统完成上电复位；
（2）PS处理系统通过HP3端口向发出请求数据指令至参数配置寄存器逻辑模块；
（3）PL可编程逻辑模块读取参数配置寄存器逻辑模块，当检测到PS处理系统发出的请求数据指令后，AXI4总线内的FIFO模块开始从外部缓存够指定数据量的数据；
（4）当所述FIFO模块缓存够达到指定的数据量的数据后，AXI控制逻辑模块读取FIFO模块的数据，并通过对应的AXI互联模块连接HP0端口对DDR内存传输指定的数据量的数据；
（5）当传输的数据达到指定的数据量时，PL可编程逻辑模块发出传输数据完成的指令至参数配置寄存器逻辑模块；
（6）PS处理系统读取参数配置寄存器逻辑模块，当检测到PL端发出的传输数据完成的指令后，判断是否停止数据传输，然后发出停止数据传输的指令或者发出等待下一次传输数据请求的指令。
本技术方案与现有技术相比较具有以下有益效果：
1.本发明解决了传统的DMA核传输数据受长度限制，传输效率低，采用本发明方法首先由PS处理系统发出请求数据指令，其次PL可编程逻辑模块检测到请求数据指令后通过控制PS端的HP0接口直接读写PS端的DRR，不在使用DMA核的方式去传输，PS端则通过操作系统直接读写DDR内存，最终基于ZYNQ平台的PS端与PL端，通过DDR内存的方式，有效的提高了数据传输的效率，实用性强，易于实现。
2.本发明中的数据交互主要基于AXI4总线模块，该模块由外部输入大块数据进入AXI4总线模块的FIFO模块做同步处理，再由AXI4控制逻辑模块读出数据且按照AXI4总线协议将数据发出，并且控制PS端的HP0接口直接写入PS端的DDR内存，完成大块数据的传输和存储。同理AXI4控制逻辑模块也可以直接通过PS端的HP0接口读取PS端的DDR内存空间。PS端则可以通过操作系统内存管理模块对PS端的DDR读写数据，由此完成了PS与PL内部大块数据的传输和交互。其中本发明还采用AXI互联模块，其主要作用是当存在多个主机以及从机器时，AXI互联模块负责将它们联系并管理起来，由于AXI支持乱序发送，乱序发送需要主机的ID信号支撑，而不同的主机发送的ID可能相同，而AXI互联模块解决了这一问题，他会对不同主机的ID信号进行处理让ID变得唯一。
3.本发明在该系统中将AXI4总线模块的突发长度，读或写DDR、数据量的大小、数据传输是否完成的标志信号等均以参数的形式通过PS2PL寄存器与PL2PS寄存器传达，使得整个系统可以灵活配置，实用性强；同时本发明采用AXI4的协议通过ZYNQ的HP0接口直接传输数据，其传输的数据长度不受限制，使得整个系统传输可以进行大块的数据传输存储，提高了数据的传输效率。
附图说明
图1是实施例1所述的基于ZYNQ平台的数据交互系统的连接示意图。
图2是实施例1中所述PL可编程逻辑模块的内部结构示意图。
图3是实施例1中所述PS处理系统的内部结构示意图。
图4是实施例1中所述的基于ZYNQ平台的数据交互方法的流程图。
具体实施方式
以下通过实施例进一步说明本发明，但不作为对本发明的限制。下列实施例中未注明的具体实验条件和方法，所采用的技术手段通常为本领域技术人员所熟知的常规手段。
实施例1：
如图1～3所示，一种基于ZYNQ平台的数据交互系统，其包括PS处理系统和PL可编程逻辑模块；所述PS处理系统基于ARM操作系统，其包括操作系统内存管理模块、DDR内存、HP0端口、HP3端口，所述操作系统内存管理模块与DDR内存连接，所述PS处理系统通过操作系统内存管理模块对DDR内存进行读写；所述HP0端口与DDR内存连接；所述PL可编程逻辑模块包括AXI4总线模块、参数配置寄存器逻辑模块；所述AXI4总线模块和参数配置寄存器逻辑模块分别对应连接有一个AXI4互联模块；所述AXI4总线模块包括FIFO模块、AXI控制逻辑模块，所述FIFO模块与AXI控制逻辑模块连接，所述FIFO模块用于接收外部输入的数据并进行同步处理，所述AXI控制逻辑模块用于读取经过FIFO模块处理的数据，并且所述AXI控制逻辑模块通过对应的AXI互联模块连接HP0端口对DDR内存进行数据的写入或读取；所述参数配置寄存器逻辑模块与AXI4总线模块连接，并且通过对应的AXI互联模块连接HP3端口，所述PS处理系统通过读取或写入参数配置寄存器逻辑模块，用于数据传输参数的设定以及监测数据传输的结果，如PS处理系统设定PL端总线搬运模块的总线突发长度、数据搬运长度等功能；所述参数配置寄存器逻辑模块包括DataMove模块、PS2PL寄存器、PL2PS寄存器；所述参数配置寄存器逻辑模块对应连接的AXI4互联模块与所述DataMove模块连接，所述DataMove模块用于读取PL2PS寄存器的寄存器值并转换成指令数据通过HP3端口发送至PS处理系统，同时所述DataMove模块通过HP3端口接收PS处理系统发送的指令并转换成寄存器值写入PS2PL寄存器；所述PL2PS寄存器的一端与DataMove模块连接，另一端与AXI总线模块的AXI控制逻辑模块连接，所述AXI控制逻辑模块将指令转换成寄存器值写入PL2PS寄存器；所述PS2PL寄存器的一端与DataMove模块连接，另一端与AXI总线模块的AXI控制逻辑模块连接，所述AXI控制逻辑模块通过读取PS2PL寄存器的寄存器值来获取PS处理系统发送的指令；所述HP0接口是ZYNQ高性能/带宽的AXI3.0标准的接口；所述FIFO模块连接有ADC采集模块。
如图4所示，一种基于ZYNQ平台的数据交互方法，其采用本实施例所述基于ZYNQ平台的数据交互系统进行数据存储和传输，具体包括以下步骤：
（1）将数据交互系统完成上电复位；
（2）PS处理系统通过HP3端口向发出请求数据指令至参数配置寄存器逻辑模块；
（3）PL可编程逻辑模块读取参数配置寄存器逻辑模块，当检测到PS处理系统发出的请求数据指令后，AXI4总线内的FIFO模块开始从外部缓存够指定数据量的数据；
（4）当所述FIFO模块缓存够达到指定的数据量的数据后，AXI控制逻辑模块读取FIFO模块的数据，并通过对应的AXI互联模块连接HP0端口对DDR内存传输指定的数据量的数据；
（5）当传输的数据达到指定的数据量时，PL可编程逻辑模块发出传输数据完成的指令至参数配置寄存器逻辑模块；
（6）PS处理系统读取参数配置寄存器逻辑模块，当检测到PL端发出的传输数据完成的指令后，判断是否停止数据传输，然后发出停止数据传输的指令或者发出等待下一次传输数据请求的指令。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (5)

1.一种基于ZYNQ平台的数据交互系统，其特征在于：包括PS处理系统和PL可编程逻辑模块；
所述PS处理系统包括操作系统内存管理模块、DDR内存、HP0端口和HP3端口；所述操作系统内存管理模块与DDR内存连接，所述PS处理系统通过操作系统内存管理模块对DDR内存进行读写；所述HP0端口与DDR内存连接；
所述PL可编程逻辑模块包括AXI4总线模块、参数配置寄存器逻辑模块；所述AXI4总线模块和参数配置寄存器逻辑模块分别对应连接有一个AXI4互联模块；
所述AXI4总线模块包括FIFO模块和AXI控制逻辑模块；所述FIFO模块与AXI控制逻辑模块连接，所述FIFO模块用于接收外部输入的数据并进行同步处理，所述AXI控制逻辑模块用于读取经过FIFO模块处理的数据，并且所述AXI控制逻辑模块通过对应的AXI互联模块连接HP0端口对DDR内存进行数据的写入或读取；
所述参数配置寄存器逻辑模块与AXI4总线模块连接，并且通过对应的AXI互联模块连接HP3端口；所述PS处理系统通过HP3端口读取或写入参数配置寄存器逻辑模块，用于数据传输参数的设定以及监测数据传输的结果。
2.根据权利要求1所述的基于ZYNQ平台的数据交互系统，其特征在于：所述参数配置寄存器逻辑模块包括DataMove模块、PS2PL寄存器和PL2PS寄存器；所述参数配置寄存器逻辑模块对应连接的AXI4互联模块与所述DataMove模块连接，所述DataMove模块用于读取PL2PS寄存器的寄存器值并转换成指令数据通过HP3端口发送至PS处理系统，同时所述DataMove模块通过HP3端口接收PS处理系统发送的指令并转换成寄存器值写入PS2PL寄存器；所述PL2PS寄存器的一端与DataMove模块连接，另一端与AXI总线模块的AXI控制逻辑模块连接，所述AXI控制逻辑模块将指令转换成寄存器值写入PL2PS寄存器；所述PS2PL寄存器的一端与DataMove模块连接，另一端与AXI总线模块的AXI控制逻辑模块连接，所述AXI控制逻辑模块通过读取PS2PL寄存器的寄存器值来获取PS处理系统发送的指令。
3.根据权利要求1所述的基于ZYNQ平台的数据交互系统，其特征在于：所述HP0接口是ZYNQ高性能/带宽的AXI3.0标准的接口。
4.根据权利要求1所述的基于ZYNQ平台的数据交互系统，其特征在于：所述FIFO模块连接有ADC采集模块。
5.一种基于ZYNQ平台的数据交互方法，其特征在于：采用如权利要求1～4中任意一项所述的基于ZYNQ平台的数据交互系统进行数据存储和传输，具体包括以下步骤：
（1）将数据交互系统完成上电复位；
（2）PS处理系统通过HP3端口向发出请求数据指令至参数配置寄存器逻辑模块；
（3）PL可编程逻辑模块读取参数配置寄存器逻辑模块，当检测到PS处理系统发出的请求数据指令后，AXI4总线内的FIFO模块开始从外部缓存够指定数据量的数据；
（4）当所述FIFO模块缓存够达到指定的数据量的数据后，AXI控制逻辑模块读取FIFO模块的数据，并通过对应的AXI互联模块连接HP0端口对DDR内存传输指定的数据量的数据；
（5）当传输的数据达到指定的数据量时，PL可编程逻辑模块发出传输数据完成的指令至参数配置寄存器逻辑模块；
（6）PS处理系统读取参数配置寄存器逻辑模块，当检测到PL端发出的传输数据完成的指令后，判断是否停止数据传输，然后发出停止数据传输的指令或者发出等待下一次传输数据请求的指令。
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