作者： ALINX

簡(jiǎn)介
AXU2CGA/B的特點(diǎn)是體積小并擴(kuò)展了豐富的外設(shè)。主芯片采用Xilinx公司的Zynq UltraScale+ MPSoCs CG系列的芯片，型號(hào)為XCZU2CG-1SFVC784I。AXU2CGA的PS端掛載了2片DDR4（2GB，32bit）和1片256Mb的QSPI FLASH。AXU2CGB的PS端掛載了4片DDR4（2GB，32bit），1片8GB eMMC FLASH存儲(chǔ)芯片和1片256Mb的QSPI FLASH。

外圍接口包含1個(gè)MINI DP接口、4個(gè)USB3.0接口、1路千兆以太網(wǎng)接口、1個(gè)USB串口、1路PCIE接口、1路TF卡接口、2個(gè)40針擴(kuò)展口、2路MIPI接口和按鍵LED。

下圖為整個(gè)開發(fā)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖：

ZYNQ芯片
XCZU2CG-1SFVC784I芯片的PS系統(tǒng)PS系統(tǒng)集成了2個(gè)ARM Cortex?-A53處理器，速度高達(dá)1.2Ghz，支持2級(jí)Cache; 另外還包含2個(gè)Cortex-R5處理器，速度高達(dá)500Mhz。

XCZU2CG支持32位或者64位的DDR4，LPDDR4，DDR3,DDR3L, LPDDR3存儲(chǔ)芯片，在PS端帶有豐富的高速接口如PCIE Gen2, USB3.0, SATA 3.1, DisplayPort；同時(shí)另外也支持USB2.0，千兆以太網(wǎng)，SD/SDIO，I2C，CAN，UART，GPIO等接口。PL端內(nèi)部含有豐富的可編程邏輯單元，DSP和內(nèi)部RAM。XCZU2CG芯片的總體框圖下圖所示

ZU2CG芯片的總體框圖

其中PS系統(tǒng)部分的主要參數(shù)如下：

ARM 雙核Cortex?-A53處理器，速度高達(dá)1.2GHz，每個(gè)CPU 32KB 1級(jí)指令和數(shù)據(jù)緩存，1MB 2級(jí)緩存 2個(gè)CPU共享。

ARM 雙核Cortex-R5處理器，速度高達(dá)500MHz，每個(gè)CPU 32KB 1級(jí)指令和數(shù)據(jù)緩存，及128K緊耦合內(nèi)存。

外部存儲(chǔ)接口，支持32/64bit DDR4/3/3L、LPDDR4/3接口。

靜態(tài)存儲(chǔ)接口，支持NAND, 2xQuad-SPI FLASH。

高速連接接口，支持PCIe Gen2 x4, 2xUSB3.0, Sata 3.1, DisplayPort, 4x Tri-mode Gigabit Ethernet。

普通連接接口：2xUSB2.0, 2x SD/SDIO, 2x UART, 2x CAN 2.0B, 2x I2C, 2x SPI, 4x 32b GPIO。

電源管理：支持Full/Low/PL/Battery四部分電源的劃分。

加密算法：支持RSA, AES和SHA。

系統(tǒng)監(jiān)控：10位1Mbps的AD采樣，用于溫度和電壓的檢測(cè)。

其中PL邏輯部分的主要參數(shù)如下：

邏輯單元Logic Cells：154K；

觸發(fā)器(flip-flops): 141K；

查找表LUTs : 71K；

Block RAM：9.4Mb；

時(shí)鐘管理單元（CMTs）: 3

乘法器18x25MACCs：360

XCZU2CG-1SFVC784I芯片的速度等級(jí)為-1，工業(yè)級(jí)，封裝為SFVC784。

DDR4 DRAM
AXU2CGA板上PS端配有2片Micron(美光）的1GB的DDR4芯片,型號(hào)為MT40A512M16LY-062EIT,組成32位數(shù)據(jù)總線帶寬和2GB的容量。AXU2CGB板上PS端配有4片Micron(美光）的1GB的DDR4芯片,型號(hào)為MT40A512M16LY-062EIT,組成64位數(shù)據(jù)總線帶寬和4GB的容量。PS端的DDR4 SDRAM的最高運(yùn)行速度可達(dá)1200MHz(數(shù)據(jù)速率2400Mbps)。DDR4 SDRAM的具體配置如下所示。

其中U71,U72僅AXU2CGB貼裝。

表3-1 DDR4 SDRAM配置

PS端的DDR4的硬件連接方式如下圖3-1所示:

圖3-1 PS端DDR4 DRAM原理圖部分

QSPI Flash
AXU2CGA/B配有1片256MBit大小的Quad-SPI FLASH芯片，型號(hào)為MT25QU256ABA1EW9-0SIT。QSPI FLASH連接到ZYNQ芯片的PS部分BANK500的GPIO口上，圖4-1為QSPI Flash在原理圖中的部分。

圖4-1 QSPI Flash連接示意圖

eMMCFlash(僅AXU2CGB貼裝)
AXU2CGB配有一片容量為8GB的eMMC FLASH芯片。eMMC FLASH連接到ZYNQUltraScale+的PS部分BANK500的GPIO口上，圖5-1為eMMCFlash在原理圖中的部分。

圖5-1 eMMCFlash連接示意圖

圖5-1 eMMCFlash連接示意圖

EEPROM
AXU2CGA/B開發(fā)板板載了一片EEPROM，型號(hào)為24LC04。EEPROM的I2C信號(hào)連接的ZYNQ PS端的MIO口上。圖6-1為EEPROM的原理圖

圖6-1 EEPROM原理圖部分

DP顯示接口
AXU2CGA/B帶有1路MINI型的DisplayPort輸出顯示接口，用于視頻圖像的顯示，最高支持4K x 2K@30Fps輸出。ZU2CG PS MGT的LANE0和LANE1的TX信號(hào)以差分信號(hào)方式連接到DP連接器。DisplayPort輔助通道連接到PS的MIO管腳上。DP輸出接口的示意圖如圖7-1所示:

7-1 DP接口設(shè)計(jì)示意圖

USB接口
AXU2CGA/B板上有4個(gè)USB3.0接口，接口為HOST工作模式(Type A)，數(shù)據(jù)傳輸速度高達(dá)5.0Gb/s。USB3.0通過ULPI接口連接外部的USB PHY芯片和USB3.0 HUB芯片，實(shí)現(xiàn)高速的USB3.0數(shù)據(jù)通信。

USB連接的示意圖如8-1所示：

圖8-1 USB接口示意圖

千兆以太網(wǎng)接口
AXU2CGA/B上有1路千兆以太網(wǎng)接口，以太網(wǎng)接口是通過GPHY芯片連接的PS的BANK502上。GPHY芯片采用Micrel公司的KSZ9031RNXIC以太網(wǎng)PHY芯片，PHY Address 為 001。圖9-1為ZYNQ PS端以太網(wǎng)PHY芯片連接示意圖:

圖9-1 ZYNQ PS系統(tǒng)與GPHY連接示意圖

USB Uart接口
AXU2CGA/B板上配備了一個(gè)Uart轉(zhuǎn)USB接口，用于系統(tǒng)調(diào)試。轉(zhuǎn)換芯片采用Silicon Labs CP2102的USB-UAR芯片, USB接口采用MINI USB接口，可以用一根USB線將它連接到上PC的USB口進(jìn)行核心板的單獨(dú)供電和串口數(shù)據(jù)通信。USB Uart電路設(shè)計(jì)的示意圖如下圖所示:

圖10-1 USB轉(zhuǎn)串口示意圖

SD卡槽
AXU2CGA/B 板包含了一個(gè)MicroSD卡接口，SDIO信號(hào)與BANK501的IO信號(hào)相連，SD卡連接器的原理圖如圖11-1所示。

圖11-1 SD卡連接示意圖

PCIE接口
AXU2CGA/B配備了一個(gè)PCIE x1的插槽，用于連接PCIE外設(shè)，PCIE通信速度高達(dá)5Gbps。PCIE信號(hào)直接跟BANK505 PS MGT收發(fā)器的LANE0相連接。PCIE x 1設(shè)計(jì)的示意圖如下圖12-1所示:

圖12-1 PCIE接口設(shè)計(jì)示意圖

40針擴(kuò)展口
AXU2CGA/B板上預(yù)留了2個(gè)2.54mm標(biāo)準(zhǔn)間距的40針擴(kuò)展口，每個(gè)擴(kuò)展口均包含2個(gè)3.3V電源，1個(gè)5V電源，3個(gè)地以及34個(gè)IO口。J12擴(kuò)展口的IO口連接到ZYNQ芯片BANK66上，電平標(biāo)準(zhǔn)為1.8V，注意不要插1.8V之外的設(shè)備。J15擴(kuò)展口的IO口連接到ZYNQ芯片BANK25，BANK26上，電平標(biāo)準(zhǔn)為3.3V。設(shè)計(jì)的示意圖如下圖13-1所示:

圖13-1 擴(kuò)展口設(shè)計(jì)示意圖

MIPI接口
AXU2CGA/B板上有2路MIPI接口，用于連接MIPI攝像頭。MIPI的差分信號(hào)分別連接到BANK64、65的HP IO上，電平標(biāo)準(zhǔn)為+1.2V；MIPI的控制信號(hào)連接到BANK24上，電平標(biāo)準(zhǔn)為+3.3V。 MIPI口設(shè)計(jì)的示意圖如下圖14-1所示:

圖14-1 MIPI接口連接示意圖

JTAG調(diào)試口
在AXU2CGA/B板上預(yù)留了一個(gè)10針的JTAG接口，用于下載ZYNQUltraScale+程序或者固化程序到FLASH。JTAG的管腳定義如下圖所示

圖16-1 JTAG接口管腳定義

撥碼開關(guān)配置
板上有一個(gè)4位的撥碼開關(guān)用來配置ZYNQ系統(tǒng)的啟動(dòng)模式。AXU2CGA/B系統(tǒng)支持4種啟動(dòng)模式。這4種啟動(dòng)模式分別是JTAG調(diào)試模式,QSPI FLASH, EMMC和SD2.0卡啟動(dòng)模式。芯片上電后會(huì)檢測(cè)（PS_MODE0~3）的電平來決定那種啟動(dòng)模式。用戶可以通過撥碼開關(guān)來選擇不同的啟動(dòng)模式。SW1啟動(dòng)模式配置如下表17-1所示。

表17-1SW1啟動(dòng)模式配置

LED燈
AXU2CGA/B的板上有4個(gè)用戶指示燈，4個(gè)用戶控制按鍵以及一個(gè)reset按鍵。4個(gè)用戶指示燈和4個(gè)用戶按鍵均連接到BANK24的IO上。LED燈硬件連接的示意圖如圖18-1所示：

圖18-1 LED燈硬件連接示意圖

系統(tǒng)時(shí)鐘
板上分別為RTC電路，PS系統(tǒng), PL邏輯部分提供了參考時(shí)鐘，其中RTC的時(shí)鐘為32.768，PS的系統(tǒng)時(shí)鐘為33.3333Mhz, PL端的時(shí)鐘是25Mhz。時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)的示意圖如下圖19-1所示：

圖 19-1時(shí)鐘源

PL_REF_CLK的電平為+1.8V。

風(fēng)扇接口
風(fēng)扇為12V供電，可通過FAN_PWM信號(hào)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速。

電源
AXU2CGA/B的電源輸入電壓為DC12V，電流2A的適配器。電源接口如下圖所示，盡量使用我們提供的電源適配器。

審核編輯：何安