VSCode搭建Zynq开发环境(PS与PL协同，嵌入式FPGA教程)

在#%#$#%@%@%$#%$#%#%#$%@_e2fc++805085e25c9761616c00e065bfe8中配置c/c++环境进行zynq开发，需先配置交叉编译工具链和头文件路径，具体是在.vscode文件夹下创建c_cpp_properties.json文件，设置includepath包含vitis的头文件路径，如”/opt/xilinx/vitis/2023.2/gnu/aarch64/aarch64-linux-gnu/include”和”/opt/xilinx/vitis/2023.2/sysroots/cortexa53-cortexa72-cortexa76-xilinx-linux/usr/include”，同时设置compilerpath指向aarch64-linux-gnu-gcc编译器路径，再通过settings.json配置文件关联，完成环境配置后即可实现代码补全和语法检查，从而在vscode中顺利开展zynq软件开发。

在VSCode中搭建Zynq开发环境，核心在于配置好交叉编译工具链、调试器，以及针对PS（Processing System）和PL（Programmable Logic）协同开发的必要组件。这并非一蹴而就，需要耐心和细致，但配置完成后，效率提升是显著的。

首先需要明确，Zynq开发涉及软件和硬件两部分，VSCode主要负责软件部分的开发和调试，硬件部分的设计通常在Vivado中完成。因此，我们需要将Vivado生成的硬件描述文件与VSCode中的软件工程结合起来。

解决方案

1. 安装必要的工具链：

   • Xilinx SDK (Vitis)： 虽然我们主要使用VSCode，但Vitis中的工具链是必不可少的。安装Vitis时，选择包含Zynq器件的开发包。
   • 交叉编译工具链： Vitis安装后，会自动安装交叉编译工具链，通常位于

     Xilinx/Vitis/<version>/gnu/aarch32/bin

     或

     Xilinx/Vitis/<version>/gnu/aarch64/bin

     。你需要将这个路径添加到系统的环境变量

     PATH

     中。

   • OpenOCD： 用于连接开发板进行调试。可以通过包管理器安装，例如

     apt-get install openocd

     。

2. 配置VSCode：

   • C/C++ 扩展： 安装Microsoft的C/C++扩展，提供代码补全、语法检查等功能。
   • Makefile Tools 扩展： 如果你使用Makefile管理项目，这个扩展可以方便地构建和调试。
   • Remote SSH 扩展： 如果需要在远程开发板上运行程序，可以使用这个扩展连接到开发板。

3. 创建工程：

   • Makefile工程： 一个简单的Makefile工程通常包含以下文件：

     main.c

     （主程序）、

     Makefile

     （构建脚本）、

     include

     （头文件）。

   • CMake工程： 也可以使用CMake管理项目，CMakeLists.txt文件用于描述项目的依赖关系和构建规则。

4. 编写代码：

   • 驱动开发： 如果需要访问PL部分的硬件资源，需要编写相应的驱动程序。可以使用Xilinx提供的驱动框架，例如

     Xilinx Platform Cable USB

     驱动。

   • 应用程序开发： 编写应用程序代码，调用驱动程序访问硬件资源。

5. 构建和调试：

   • Makefile构建： 在VSCode中打开终端，运行

     make

     命令构建项目。

   • OpenOCD配置： 创建一个OpenOCD配置文件，例如

     openocd.cfg

     ，指定开发板的型号和连接方式。

   • GDB调试： 使用GDB调试器连接到开发板，设置断点、单步执行、查看变量等。

如何在VSCode中配置C/C++环境以便进行Zynq开发？

配置C/C++环境的关键在于告诉VSCode编译器和头文件的位置。

1. c_cpp_properties.json

   ： 在VSCode工程目录下，创建一个

   .vscode

   文件夹，并在其中创建一个

   c_cpp_properties.json

   文件。这个文件用于配置C/C++扩展。

   {     "configurations": [         {             "name": "Linux",             "includePath": [                 "${workspaceFolder}/**",                 "/opt/Xilinx/Vitis/2023.2/gnu/aarch64/aarch64-linux-gnu/include", // 替换为你的实际路径                 "/opt/Xilinx/Vitis/2023.2/sysroots/cortexa53-cortexa72-cortexa76-xilinx-linux/usr/include" // 替换为你的实际路径             ],             "defines": [],             "compilerPath": "/opt/Xilinx/Vitis/2023.2/gnu/aarch64/bin/aarch64-linux-gnu-gcc", // 替换为你的实际路径             "cStandard": "c11",             "cppStandard": "c++17",             "intelliSenseMode": "linux-gcc-x64"         }     ],     "version": 4 }

   • includePath

     ：指定头文件的搜索路径。

   • compilerPath

     ：指定编译器的路径。

2. settings.json

   ： 在

   .vscode

   文件夹中，创建一个

   settings.json

   文件，配置VSCode的设置。

   {     "files.associations": {         "*.dts": "dts"     } }

   • files.associations

     ：指定文件类型的关联。

如何在VSCode中调试Zynq上的程序？

调试Zynq上的程序需要配置OpenOCD和GDB。

1. OpenOCD配置： 创建一个OpenOCD配置文件，例如

   openocd.cfg

   。

   source [find interface/digilent-hs2.cfg] # 替换为你的JTAG接口 transport select jtag adapter speed 10000  source [find target/zynq_cortexa9.cfg] # 替换为你的Zynq型号

2. launch.json

   ： 在

   .vscode

   文件夹中，创建一个

   launch.json

   文件，配置调试器。

   {     "version": "0.2.0",     "configurations": [         {             "name": "Zynq Debug",             "type": "cppdbg",             "request": "launch",             "program": "${workspaceFolder}/main", // 替换为你的程序路径             "args": [],             "stopAtEntry": false,             "cwd": "${workspaceFolder}",             "environment": [],             "externalConsole": false,             "MIMode": "gdb",             "miDebuggerPath": "/opt/Xilinx/Vitis/2023.2/gnu/aarch64/bin/aarch64-linux-gnu-gdb", // 替换为你的GDB路径             "setupCommands": [                 {                     "description": "Enable pretty-printing for gdb",                     "text": "-enable-pretty-printing",                     "ignoreFailures": true                 },                 {                     "description": "Connect to OpenOCD",                     "text": "target remote :3333"                 },                 {                     "description": "Load program",                     "text": "load ${workspaceFolder}/main" // 替换为你的程序路径                 },                 {                     "description": "Set breakpoint at main",                     "text": "break main"                 },                 {                     "description": "Continue execution",                     "text": "continue"                 }             ],             "preLaunchTask": "build" // 替换为你的构建任务         }     ] }

   • program

     ：指定要调试的程序路径。

   • miDebuggerPath

     ：指定GDB的路径。

   • setupCommands

     ：指定调试器启动后要执行的命令。

3. 启动调试： 在VSCode中，点击“Run and Debug”按钮，选择“Zynq Debug”配置，启动调试器。

如何处理PS和PL之间的协同开发？

PS和PL协同开发的关键在于正确地配置硬件描述文件和驱动程序。

1. 硬件描述文件： 在Vivado中完成PL部分的硬件设计，生成硬件描述文件（.hdf或.xsa）。

2. 导入硬件描述文件： 在Vitis中创建一个新的Application Project，导入硬件描述文件。Vitis会自动生成相应的头文件和库文件，用于访问PL部分的硬件资源。

3. 驱动程序开发： 编写驱动程序，使用Xilinx提供的API访问PL部分的硬件资源。例如，可以使用

   XGpio

   驱动访问GPIO。

4. 应用程序开发： 编写应用程序代码，调用驱动程序访问硬件资源。

5. 设备树： 设备树用于描述硬件的配置信息。需要在设备树中添加PL部分的硬件节点的描述。

   &amba {     axi_gpio_0: gpio@40000000 {         compatible = "xlnx,xps-gpio-1.00.a";         gpio-controller;         #gpio-cells = <2>;         reg = <0x40000000 0x10000>;     }; };

   • compatible

     ：指定驱动程序的兼容性。

   • reg

     ：指定硬件的地址范围。

6. 构建和部署： 构建应用程序，并将应用程序和设备树部署到Zynq开发板上。

常见问题及解决方案

• 编译错误： 检查

  c_cpp_properties.json

  文件中的头文件路径和编译器路径是否正确。

• 调试错误： 检查

  launch.json

  文件中的程序路径和GDB路径是否正确，检查OpenOCD配置文件是否正确。

• 无法连接到开发板： 检查JTAG连接是否正确，检查OpenOCD是否启动。
• 驱动程序错误： 检查设备树是否正确，检查驱动程序是否正确。

搭建Zynq开发环境是一个复杂的过程，需要耐心和细致。希望以上步骤能够帮助你成功搭建VSCode Zynq开发环境。