扩展板

(一)简介

扩展板部分的功能

 1 路 PCIEx8 接口
 4 路光纤接口
 2 路 10/100M/1000M 以太网 RJ-45 接口
 1 路 HDMI 视频输出接口
 1 路 HDMI 视频输入接口
 4 路 USB HOST 接口
 1 路 USB Uart 通信接口
 1 路 SD 卡接口
 1 路 40 针扩展口
 JTAG 调试接口
 4 个独立按键
 4 个用户 LED 灯
(二)USB转串口

     AX7Z100 扩展板上配备了一个 Uart 转 USB 接口,用于系统调试。转换芯片采用 Silicon Labs CP2102GM 的 USB-UAR 芯片, USB 接口采用 MINI USB 接口,可以用一根 USB 线将它连接到上 PC 的 USB 口进行核心板的单独供电和串口数据通信 。
(三)千兆以太网接口

       AX7Z100 扩展板上有 2 路千兆以太网接口,其中 1 路以太网接口是连接的 PS 系统端,另外 1 路以太网接口是连接到 PL 的逻辑 IO 口上。连接到 PL 端的千兆以太网接口需要通过程序调用 IP 挂载到 ZYNQ 的 AXI 总线系统上。

     以太网芯片采用 Micrel 公司的 KSZ9031RNX 以太网 PHY 芯片为用户提供网络通信服务。PS 端的以太网 PHY 芯片是连接到 ZYNQ 的 PS 端 BANK501 的 GPIO 接口上。 PL 端的的以太网 PHY 芯片是连接到 BANK35 的 IO 上。 KSZ9031RNX 芯片支持 10/100/1000 Mbps网络传输速率,通过 RGMII 接口跟 Zynq7000 系统的 MAC 层进行数据通信。 KSZ9031RNX支持MDI/MDX 自适应,各种速度自适应,Master/Slave 自适应,支持 MDIO 总线进行 PHY的寄存器管理。
(四)USB2.0 Host 接口

     AX7Z100扩展板上有4个USB2.0 HOST接口,USB2.0收发器采用的是一个1.8V的,高速的支持ULPI标准接口的USB3320C-EZK芯片,再通过一个USB HUB芯片USB2514扩展出4路USB HOST接口。ZYNQ的USB总线接口和USB3320C-EZK收发器相连接,实现高速的USB2.0Host模式的数据通信。 USB3320C的USB的数据和控制信号连接到ZYNQ芯片PS端的BANK501的IO口上,USB接口差分信号(DP/DM)连接到USB2514芯片扩展出4个USB接口。2个24MHz的晶振为分别为USB3320C和USB2514芯片提供时钟。
(五)HDMI输出接口

      HDMI 输出接口的实现,是选用 ANALOG DEVICE 公司的 ADV7511 HDMI(DVI)编码芯片,最高支持 1080P@60Hz 输出,支持 3D 输出。其中,ADV7511 的视频数字接口,音频数字接口和 I2C 配置接口和 ZYNQ7000 PL 部分的 BANK35 IO 相连,ZYNQ7000 系统通过 I2C 管脚来对 ADV7511 进行初始化和控制操作。
(六)HDMI输入接口

      HDMI 输入接口我们采用了 Silion Image 公司的 SIL9011/ SIL9013HDMI 解码芯片,最高支持 1080P@60Hz 输入,支持不同格式的数据输出。其中,SIL9011/ SIL9013 的 IIC 配置接口也与 FPGA 的 BANK13 的 IO 相连,ZYNQ 通
过 I2C 总线的编程来对 SIL9013 进行初始化和控制操作。

(七)光纤接口

      AX7Z100 扩展板上有 4 路光纤接口,用户可以购买 SFP 光模块(市场上 1.25G,2.5G,10G 光模块)插入到这 4 个光纤接口中进行光纤数据通信。 4 路光纤接口分别跟 ZYNQ 的BANK110 的 GTX 收发器的 2 路 RX/TX 相连接,TX 信号和 RX 信号都是以差分信号方式通过隔直电容连接 ZYNQ 和光模块,每路 TX 发送和 RX 接收数据速率高达 10Gb/s。 BANK110
的 GTX 收发器的参考时钟由核心板的 125M 差分时钟提供。
(八)PCIe插槽

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      AX7Z100 扩展板上有一个 PCIe x8 的接口, 8 对收发器连接到 PCIEx8 的金手指上,能实现 PCIEex8,PCIEex4, PCIex2, PCIex1 的数据通信。PCIe 接口的收发信号直接跟 ZYNQ BANK111, BANK112 的 GTX 收发器相连接,8 路TX 信号和 RX 信号都是以差分信号方式连接到 ZYNQ 的收发器上,单通道通信速率可高达 5Gbit 带宽。

(九)SD卡

       AX7Z100底板包含了一个Micro型的SD卡接口,以提供用户访问SD卡存储器,用于存储ZYNQ芯片的BOOT程序,Linux操作系统内核, 文件系统以及其它的用户数据文件。

(十)40针扩展口

      底板预留了 1 个 2.54mm 标准间距的 40 针的扩展口 J33,用于连接黑金的各个模块或者用户自己设计的外面电路,扩展口有 40 个信号,其中,5V 电源 1 路,3.3V 电源 2 路,地 3路,IO 口 34 路。 扩展口的 IO 连接的 ZYNQ 芯片 BANK10 的 IO 上,默认为 3.3V,切勿直接跟外面的 5V 设备连接,以免烧坏 ZYNQ7000 芯片。如果要接 5V 设备,需要接电平转换
芯片。
(十一)LED灯

      AX7Z100 底板上有 7 个发光二极管 LED, 1 个电源指示灯; 2 个串口通信指示灯, 4 个PL 控制指示灯。当开发板上电后电源指示灯会亮起;4 个 LED 灯连接到 PL 的 IO 上,用户可以通过程序来控制亮和灭,当连接用户 LED 灯的 IO 电压为低时,用户 LED 灯熄灭,当连接IO 电压为高时,用户 LED 会被点亮。 

(十二)复位按键和用户按键
      AX7Z100 底板上有 1 个复位按键 RESET 和 4 个用户按键。 复位信号连接到核心板的复位芯片输入,用户可以使用这个复位按键来复位 ZYNQ 系统,另外 4 个按键是连接到 PL 的 IO上。 复位按键和用户按键都是低电平有效。
(十三)JTAG调试口

      在AX7Z100底板上预留了一个JTAG接口,用于下载ZYNQ程序或者固化程序到FLASH。为了带电插拔造成对 ZYNQ 芯片的损坏,我们在 JTAG 信号上添加了保护二极管来保证信号的电压在 FPGA 接受的范围,避免 ZYNQ 芯片的损坏。
(十四)拨码开关配置

    开发板上有一个 2 位的拨码开关 SW1 用来配置 ZYNQ 系统的启动模式。 AX7Z100 系统开发平台支持三种启动模式。这三种启动模式分别是 JTAG 调试模式, QSPI FLASH 和 SD 卡启动模式。 XC7Z100 芯片上电后会检测响应 MIO 口(MIO5 和 MIO4)的电平来决定那种启动模式。用户可以通过核心板上的拨码开关 SW1 来选择不同的启动模式。 
(十五)电源

     开发板的电源输入电压为 DC12V,可以通过 PCIE 插槽或者外接+12V 电源给板子供电。外接电源供电时请使用开发板自带的电源,不要用其他规格的电源,以免损坏开发板。 底板上通过 1 路 DC/DC 电源芯片 TPS54620 和 3 路 DC/DC 电源芯片 MP1482 转换成+5V,+1.2V,+3.3V 和 1.8V 四路电源。因为+5V 电源通过板间连接器给核心板供电,所以 DCDC 电源的
电流输出为 6A,其它 3 路电源电流输出为 2A。
(十六)风扇

     因为 ZYNQ7100 正常工作时会产生大量的热量,我们在板上为芯片增加了一个散热片和风扇,防止芯片过热。风扇的控制由 ZYNQ 芯片来控制,控制管脚连接到 BANK10 的 IO 上,如果 IO 电平输出为低,MOSFET 管导通,风扇工作,如果 IO 电平输出为高,风扇停止。 

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