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ZYNQ7010-7020与AD9363: 开源SDR硬件的设计基于ZYNQ和AD9363

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简介：
本项目介绍了一款基于Xilinx ZYNQ7010/7020 SoC及Analog Devices AD9363 RF收发器的开源软件定义无线电（SDR）硬件设计，旨在提供高性能、灵活的无线通信解决方案。 基于ZYNQ + AD936X的开源SDR硬件初步开发工作已经完成，产品已进入试生产阶段。 新版本2021.3.22添加了pa、lna以及32bit ddr3 1gb功能。

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  • ZYNQ7010-7020与AD9363: 开源SDR硬件的设计基于ZYNQ和AD9363
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    本项目介绍了一款基于Xilinx ZYNQ7010/7020 SoC及Analog Devices AD9363 RF收发器的开源软件定义无线电（SDR）硬件设计，旨在提供高性能、灵活的无线通信解决方案。 基于ZYNQ + AD936X的开源SDR硬件初步开发工作已经完成，产品已进入试生产阶段。 新版本2021.3.22添加了pa、lna以及32bit ddr3 1gb功能。
     
  • AD9363设计文件包.zip
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    本文件包包含ADI公司AD9363射频收发器的设计资料，内容涵盖评估板原理图、PCB布局、硬件手册及相关驱动软件，适用于无线通信系统开发。 官方提供的AD9363参考设计文档包括以下文件：AD9363_Design_File_Package.zip、AD9363-Register-Map-Reference-Manual-UG-1057.pdf 和 AD9363-Reference-Manual-UG-1040.pdf。
     
  • 基于ZYNQ 7020的FPGA与ARM开发
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    本项目基于Xilinx ZYNQ-7000系列中的ZYNQ 7020芯片进行开发，融合了可编程逻辑（PL）和应用处理器（PS）的优点，旨在探索FPGA与ARM协同工作的高效能计算解决方案。通过在PL部分实现硬件加速功能，并利用PS的高性能CPU处理复杂任务，该项目致力于优化系统性能、降低功耗并简化设计流程，为嵌入式系统的开发提供新的思路和技术支持。 ZynqTM-7000 系列芯片是基于 Xilinx 的可扩展处理器平台架构（EPP），将双核 ARM Cortex-A9 处理器与 FPGA 可编程逻辑单元集成在单一芯片中，从而形成所谓的 PS（处理系统）加 PL（可编程逻辑）的单片 SoC 解决方案。
     
  • Zynq 7020 原理图及PCB设计
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    本项目详细介绍了Xilinx Zynq 7020芯片的原理图和PCB设计流程，涵盖硬件电路设计、布局布线以及信号完整性分析等关键步骤。 在嵌入式系统领域，Xilinx的ZYNQ系列处理器因其强大的处理能力和灵活的可编程特性，在高性能计算、工业控制以及网络通信等领域得到广泛应用。本段落将深入探讨ZYNQ 7020硬件设计的核心内容，包括原理图和PCB布局，并基于ORCAD+Allegro与Altium Designer（AD）两种格式资料进行解析。 ZYNQ 7020是Xilinx公司Zynq-7000 All Programmable SoC系列的一员，它集成了双核ARM Cortex-A9处理器和可编程逻辑单元（PL），实现了软硬件协同设计。在硬件设计过程中，原理图与PCB布局至关重要。 首先来看原理图部分。原理图是电路设计的蓝图，展示了各个组件之间的连接关系。ORCAD+Allegro格式资料中详细呈现了电源管理、接口连接、存储器配置以及处理器和PL间的数据交换路径等信息。其中特别重要的是电源管理系统，它直接影响到系统的稳定性和性能表现。 ZYNQ 7020通常需要多个电压等级的供电支持，例如1.0V, 1.2V 和 1.8V 等不同级别，因此在设计过程中必须仔细规划各模块所需的特定电源网络以确保所有部分都能获得稳定的电力供应。此外，在接口连接方面，ZYNQ 7020提供了丰富的外部设备数据传输选项如PCIe、Ethernet、USB等，并且这些接口的信号线、时钟线及电源线需要在原理图设计中进行精心规划和布局。 接下来是PCB设计部分。Altium Designer是一款常用的PCB设计工具，它能够实现3D布线功能，有助于检测元器件间空间冲突以及散热问题解决方案的设计。对于ZYNQ 7020而言，在其PCB设计过程中需要考虑的方面包括但不限于信号完整性、电源完整性管理、热设计优化及EMI/EMC防护措施等。 信号完整性的保障可以确保高速接口如PCIe上数据传输无误；而电源层合理分割和抑制噪声技术的应用，则有助于提供低干扰且稳定供电环境。此外，对散热路径的分析与改进是保持芯片工作温度在安全范围内的重要手段之一，在必要时可能还需要添加额外冷却装置。 最后，PCB设计中EMI/EMC防护措施同样不可或缺：通过合理布线和使用屏蔽层等方式可以有效减少对外部电磁干扰的影响，并防止内部信号受到外部环境的干扰。AD格式资料提供了详尽的布局与走线策略参考信息，在实际操作过程中需遵循短直、等长原则以确保信号同步性和传输效率。 总结来说，ZYNQ 7020硬件设计涉及复杂的系统集成任务，从原理图构建到PCB布局布线均需要精确且深思熟虑。借助ORCAD+Allegro与AD格式资料提供的详细信息支持，设计师能够全面理解该处理器的硬件实现细节，并为高效可靠的嵌入式系统开发奠定坚实基础。
     
  • 上海微相ZYNQ 7020板的手册及硬件原理图
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    本手册详尽介绍了基于ZYNQ 7020芯片的上海微相开发板的各项功能、接口配置以及硬件电路设计，旨在帮助开发者深入了解并充分利用该平台资源。 上海微相的Zynq 7020板子的手册和硬件原理图提供了详细的使用指南和技术细节。
     
  • 基于Zynq-7020的ISP图像处理实现
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    本项目基于Xilinx Zynq-7020 SoC平台，设计并实现了嵌入式图像信号处理(ISP)系统，优化了图像质量，适用于各种视觉应用。 本Demo基于zynq-7020（正点原子启明星+OV5640+4.3800x480）实现了ISP图像处理功能，在该平台上关闭了ov5640的内置ISP，并在7020上实现相应的ISP功能。输出结果可以显示到LCD和HDMI设备中，软件开发基于SDK裸机环境。Demo支持2592x1944@15fps分辨率与帧率设置。
     
  • ZYNQ 7020的DMA驱动实现（基于PYNQ_Design）.zip
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    该资源包提供了针对Xilinx ZYNQ 7020芯片的DMA驱动程序开发指南和源代码，适用于PYNQ设计环境。内含详细文档与示例，帮助开发者轻松掌握DMA编程技巧。 本段落将深入探讨如何在Zynq 7020 SoC上实现DMA（直接内存访问）驱动程序，并重点关注基于PYNQ_Design的方法。Zynq 7020是Xilinx公司推出的一种高性能、低功耗的系统级芯片，集成了ARM Cortex-A9双核处理器和可编程逻辑单元（PL）。DMA是一种硬件机制，允许数据在内存与外设之间传输而无需CPU介入，从而提高系统效率。 PYNQ是一个为Zynq平台设计的Python库，旨在简化硬件开发流程。它让开发者能够专注于高级应用如计算机视觉、机器学习等，而不是底层硬件操作。PYNQ_Design通常指的是使用PYNQ框架设计的硬件模块或项目。 1. **DMA的基本原理**：DMA允许设备直接与系统内存交互，并通过DMA控制器（DMAC）来传输数据。在Zynq 7020中，DMAC位于PL部分，并可连接到各种外设如存储器接口、USB控制器等。CPU启动后，可以在执行其他任务的同时由DMAC完成数据传输。 2. **PYNQ中的DMA支持**：PYNQ库提供了对Zynq SoC内置DMA控制器的访问功能，用户可以通过Python代码创建和管理DMA传输操作，从而在软件层面上处理大量数据变得更加高效。PYNQ中的DMA模块支持单缓冲、双缓冲以及环形缓冲模式。 3. **ZynQ 7020硬件设计**：在PYNQ_Design中，首先需要配置PL部分包括设置DMA控制器的连接。这可能涉及使用Vivado HLS（高速合成）或VHDL/Verilog语言来将硬件功能映射到FPGA资源，并确保与DMAC正确接口。 4. **Python驱动程序开发**：在软件层面，我们需要编写Python代码以控制DMA操作。此步骤包括初始化DMA控制器、设置传输参数如地址长度方向等启动和停止传输以及处理中断信号。PYNQ库提供了相应的API简化这些操作的实现流程。 5. **项目实施步骤**： - 分析需求：确定需要通过DMA进行数据交换的数据类型及频率。 - 硬件设计：使用Vivado或其他工具配置PL，添加必要的逻辑以支持DMA功能。 - 创建PYNQ overlay：将硬件设计导出为.bit文件，并在Python环境中加载作为overlay。 - 编写Python驱动程序：利用PYNQ库中的DMA API编写代码控制DMA传输操作。 - 测试和调试：运行代码验证DMA传输的正确性和效率。 6. **注意事项**：实现过程中需要确保中断处理配置得当，以便在数据传输完成后通知CPU。同时要注意内存一致性问题，在DMA传输期间避免对同一存储区域进行读写操作。 7. **实际应用**：PYNQ_Design中的DMA驱动程序适用于各种应用场景如图像处理、音频流传输和高速数据采集等，尤其是在需要高带宽低延迟的数据交换时其优势尤为明显。 总结而言，Zynq 7020的PYNQ_Design实现DMA驱动是一项关键技术，结合了FPGA灵活性与Python易用性，在Zynq平台上高效处理大量数据成为可能。通过理解DMA工作原理、PYNQ库使用以及硬件设计流程，开发者能够构建满足特定需求的高效系统。
     
  • HackRF One SDR设计（软硬件结合）开源下载-电路方案
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    本项目提供HackRF One软件定义无线电(SDR)的设计资料，包含开源硬件和软件文件。适合进行SDR设备的研究与开发。 HackRF one是一款全开源的硬件+软件项目，旨在提供一种廉价的SDR（软件定义无线电）方案。它类似于几十年前流行的基于软件的数字音频技术：正如声卡在计算机中数字化音频波形一样，软件无线电外设可以将无线电信号进行数字化处理。 一个单一的软件无线电平台能够支持几乎任何无线通信技术的应用，如蓝牙、ZigBee、蜂窝技术和FM收音机等。这种设备就像一个非常快速的声卡和音箱麦克风组合，只是这里的输入输出端口被天线所替代了。 **什么是SDR（软件定义的无线电）？** SDR是一种基于软件而非硬件实现无线通信协议的技术。通过更新固件或安装新的应用程序，可以调整频率范围、空中接口以及其他功能参数而无需更换任何物理组件。这种技术利用现代化的计算机程序来操控和控制传统的“纯硬件”无线设备。 **HackRF One的主要特性：** - 工作频段为10 MHz至6 GHz - 半双工收发器，支持高达20MSPS（每秒采样数） - 8位正交采样信号处理能力 - 兼容GNU Radio、SDR#等软件平台 - 支持软配置的接收和发送增益及基带滤波功能 - 可控天线端口功率输出，最大50mA @3.3V直流电供电 - SMA型母头天线接口以及同步时钟输入/输出端子 - 内置编程按钮与扩展用内部引脚连接器 - 高速USB 2.0接口和电源支持 **附件内容：** 包括完整的SDR设计模块原理图、PCB源文件及元器件库，材料清单（如Gerber格式的生产数据等）。此外还有关于HackRF One的设计文档介绍以及相关的软件代码资源。
     
  • Zynq核心板原理图7020与7010
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    本资源提供Xilinx Zynq系列7020和7010型号核心板详尽原理图，旨在帮助工程师深入了解其内部架构、引脚功能及其与外围电路的连接方式。 本段落将对ZYNQ核心板原理图7020及7010进行详细的分析与介绍，以便读者更好地理解该板的设计理念及其工作方式。 ZYNQ核心板是一种基于Xilinx ZYNQ-7000系列FPGA的嵌入式系统设计平台。它包含XC7Z020或XC7Z010 FPGA芯片、DDR3 SDRAM、QSPI Flash存储器、eMMC存储设备以及JTAG接口等其他外围组件，旨在为用户提供一个灵活多样的开发环境，适用于数字信号处理、图像处理、机器学习及自动化控制等多个领域。 FPGA 芯片是该核心板的核心部件，负责执行复杂的数据运算和逻辑操作。XC7Z020与XC7Z010分别是Xilinx ZYNQ-7000系列中的两个型号，它们具备强大的计算能力和高度的可配置性。 DDR3 SDRAM作为主存储器被集成于核心板上，用于存放程序代码及数据信息；该板通常配备4GB或2GB容量的DDR3内存模块，以适应不同场景下的需求。 QSPI Flash则充当启动设备的角色，在系统初始化时提供必要的引导软件和配置文件支持。Winbond W25Q256 QSPI闪存芯片被选用为本款核心板的标准配置之一，并且能够确保快速可靠的加载过程。 eMMC存储器作为可扩展的外部存储空间，用于长期保存操作系统、应用程序以及各类用户数据；8GB大小的eMMC模块已被内置到此开发平台当中，以应对大部分使用场合下的容量挑战。 JTAG接口是该核心板提供的调试端口之一，它允许通过专用工具进行芯片内核的状态监控与程序烧录操作。6针规格的连接器被设计用于实现这一功能并简化外部设备接入流程。 此外还集成有LED指示灯、复位按钮以及电源状态显示等辅助组件，以增强系统的可视化反馈及用户交互体验。 在电路板布局方面，则遵循高密度设计理念来优化整体结构与性能表现；多层架构的采用既保证了信号传输质量又提升了抗干扰能力。 总而言之，ZYNQ核心板凭借其独特的硬件配置和强大的功能特性，在数字信号处理、图像识别分析、人工智能应用及工业自动化控制等多个技术领域展现出了广泛的应用潜力。
     
  • 基于ZYNQ的卷积神经网络硬件加速器设计与实现
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    本项目专注于利用Xilinx Zynq SoC平台进行深度学习中的卷积神经网络(CNN)硬件加速器的设计和开发。通过将CNN关键运算模块化并优化其在FPGA上的映射，显著提升了计算效率及能效比，为嵌入式视觉系统提供强大支持。 基于ZYNQ的软硬协同硬件加速器系统实现了对LeNet-5卷积神经网络识别MNIST手写集的加速。PL端实现卷积层、池化层及全连接层的并行处理，PS端负责验证测试流程控制。通过AXI总线连接两者，确保控制信号和识别结果的有效传递。