芯驿电子科技（上海）有限公司 基于XILINX ZYNQ7000开发平台的开发板（型号： AX7Z020）2019款正式发布了，为了让您对此开发平台可以快速了解，我们编写了此用户手册。

这款ZYNQ7000 FPGA开发平台采用核心板加扩展板的模式，方便用户对核心板的二次开发利用。核心板使用XILINX的Zynq7000 SOC 芯片的解决方案，它采用ARM+FPGA SOC技术将双核ARM Cortex-A9 和FPGA 可编程逻辑集成在一颗芯片上。另外核心板上含有2片共1GB高速DDR3 SDRAM芯片和1片256Mb的QSPI FLASH芯片。

在底板设计上我们为用户扩展了丰富的外围接口，比如2路CAN通信接口，2路485通信接口，2路XADC输入接口， 1路千兆以太网接口，1路USB2.0 HOST接口，1路HDMI输出接口，Uart通信接口，SD卡座，40针扩展接口等等。满足用户各种以太网高速数据交换，数据存储，视频传输处理以及工业控制的要求，是一款”专业级“的ZYNQ开发平台。为高速以太网数据传输和交换，数据处理的前期验证和后期应用提供了可能。相信这样的一款产品非常适合从事ZYNQ开发的学生、工程师等群体。

开发板简介

在这里，对这款AX7Z020 ZYNQ开发平台进行简单的功能介绍。

开发板的整个结构，继承了我们一贯的核心板+扩展板的模式来设计的。核心板和扩展板之间使用高速板间连接器连接。

核心板主要由XC7Z020 + 2个DDR3 + QSPI FLASH的最小系统构成，承担ZYNQ系统的高速数据处理和存储的功能， ZYNQ7020和两片DDR3之间的数据位宽为32位，两片DDR3容量高达1GB。ZYNQ7020 采用Xilinx公司的Zynq7000系列的芯片，型号为XC7Z020-2CLG400I。ZYNQ7020芯片可分成处理器系统部分Processor System（PS）和可编程逻辑部分Programmable Logic（PL）。

底板为核心板扩展了丰富的外围接口，其中包含1路千兆以太网接口、1路USB2.0 HOST接口、1路HDMI输出接口、1路SD Card接口、1路UART USB接口、1路SD卡接口、1路MIPI接口、2路CAN总线接口、2路RS485总线接口、2路AD输入接口、2路40针的扩展口和一些按键LED。

下图为整个开发系统的结构示意图：

通过这个示意图，我们可以看到，我们这个开发平台所能含有的接口和功能。

•  ZYNQ7000核心板

由XC7Z020+1GB DDR3 + 256Mb QSPI FLASH组成，另外有33.333333MHz晶振提供时钟提供给PS系统。

• CAN通信接口

2路CAN总线接口，选用TI公司的SN65HVD232芯片。

• 485通信接口

2路485通信接口，选用MAXIM公司的MAX3485芯片。

• 千兆以太网接口

1路10/100M/1000M以太网RJ45接口，用于和电脑或其它网络设备进行以太网数据交换。网络接口芯片采用Micrel公司的KSZ9031工业级GPHY芯片。

• 一路高速USB2.0 HOST接口, 可用于开发板连接鼠标、键盘和U盘等USB外设;

• USB Uart接口

1路Uart转USB接口，用于和电脑通信，方便用户调试。串口芯片采用Silicon Labs CP2102GM的USB-UAR芯片, USB接口采用MINI USB接口。

• Micro SD卡座

1路Micro SD卡座，用于存储操作系统镜像和文件系统。

• AD模拟输入接口

2路AD模拟输入接口，可用于模拟信号的输入和电压转换，SMA接口形式。模拟信号电压输入范围为0~10V（不要输入超过这个范围的电压）。

• 一路HDMI 图像视频输出接口, 能实现1080P的视频图像传输；

• 一片IIC接口的EEPROM 24LC04;

• 板载一片温度传感器芯片LM75，用于检测板子周围环境的温度。

• 一路MIPI摄像头接口，可以连接黑金MIPI接口的OV5640摄像头。

• 1个JTAG调试接口。

• 40针扩展口

2个40针2.54mm间距的扩展口，可以外接黑金的各种模块（双目摄像头，TFT LCD屏，高速AD模块等等）。扩展口包含5V电源1路，3.3V电源2路，地3路，IO口34路。

• LED灯

7个发光二极管LED, 核心板上6个，底板上1个。核心板上1个电源指示灯；底板上有1个电源指示灯，1个DONE配置指示灯；4个用户指示灯。

• 4个用户按键在底板上。

AC7Z020核心板

简介

AC7Z020(核心板型号，下同)核心板，ZYNQ芯片是基于XILINX公司的ZYNQ7000系列的XC7Z020-2CLG400I。ZYNQ芯片的PS系统集成了两个ARM Cortex™-A9处理器，AMBA®互连，内部存储器，外部存储器接口和外设。ZYNQ芯片的FPGA内部含有丰富的可编程逻辑单元，DSP和内部RAM。

这款核心板使用了2片Micron公司的MT41K256M16TW-107这款DDR3芯片，每片DDR的容量为512MB；2片DDR芯片组合成32bit的数据总线宽度，ZYNQ和DDR3之间的读写数据时钟频率高达533Mhz；这样的配置，可以满足系统的高带宽的数据处理的需求。

为了和底板连接，这款核心板的2个板对板连接器扩展出了PS端的USB接口，千兆以太网接口，SD卡接口及其它剩余的MIO口。以及PL端的BANK13, BAN34和BANK35的几乎所有IO口（122个），其中BANK34和BANK35的IO的电平可以通过更换核心板上的LDO芯片来修改，满足用户不同电平接口的要求。对于需要大量IO的用户，此核心板将是不错的选择。而且IO连接部分，ZYNQ芯片到接口之间走线做了等长和差分处理，并且核心板尺寸仅为35*42（mm），对于二次开发来说非常适合。

AC7Z020核心板正面图

AC7Z020核心板背面图

ZYNQ芯片

开发板使用的是Xilinx公司的Zynq7000系列的芯片，型号为XC7Z020-2CLG400I。芯片的PS系统集成了两个ARM Cortex™-A9处理器，AMBA®互连，内部存储器，外部存储器接口和外设。这些外设主要包括USB总线接口，以太网接口，SD/SDIO接口，I2C总线接口，CAN总线接口，UART接口，GPIO等。PS可以独立运行并在上电或复位下启动。ZYNQ7000芯片的总体框图如图2-2-1所示

图2-2-1 ZYNQ7000芯片的总体框图

其中PS系统部分的主要参数如下：

• 基于ARM 双核CortexA9 的应用处理器，ARM-v7架构 高达1GHz

• 每个CPU 32KB 1级指令和数据缓存，512KB 2级缓存 2个CPU共享

• 片上boot ROM和256KB 片内RAM

• 外部存储接口，支持16/32 bit DDR2、DDR3接口

• 两个千兆网卡支持：发散-聚集DMA ，GMII，RGMII，SGMII接口

• 两个USB2.0 OTG接口，每个最多支持12节点

• 两个CAN2.0B总线接口

• 两个SD卡、SDIO、MMC兼容控制器

• 2个SPI，2个UARTs，2个I2C接口

• 4组32bit GPIO，54（32+22）作为PS系统IO，64连接到PL

• PS内和PS到PL的高带宽连接

其中PL逻辑部分的主要参数如下：

• 逻辑单元Logic Cells：85K；

• 查找表LUTs: 53,200

• 触发器(flip-flops):106,400

• 乘法器18x25MACCs：220;

• Block RAM：4.9Mb；

• 两个AD转换器,可以测量片上电压、温度感应和高达17外部差分输入通道，1MBPS

XC7Z020-2CLG400I芯片的速度等级为-2，工业级，封装为BGA400，引脚间距为0.8mm，ZYNQ7000系列的具体的芯片型号定义如下图2-2-2所示。

图2-2-2 ZYNQ型号命名规则定义

图2-2-3为开发板所用的XC7Z020芯片实物图。

图2-2-3 XC7Z020芯片实物

DDR3 DRAM

AC7Z020核心板上配有两片Micron公司的DDR3 SDRAM芯片(共计1GB),型号为MT41K256M16TW-107(兼容海力士的H5TQ4G63AFR-PBI）。DDR3 SDRAM的总线宽度共为32bit。DDR3 SDRAM的最高运行速度可达533MHz(数据速率1066Mbps)。该DDR3存储系统直接连接到了ZYNQ处理系统（PS）的BANK 502的存储器接口上。DDR3 SDRAM的具体配置如下表2-3-1所示。

表5-1 DDR3 SDRAM配置

位号	芯片型号	容量	厂家
U8,U9	MT41K256M16TW-107	256M x 16bit	Micron

DDR3的硬件设计需要严格考虑信号完整性，我们在电路设计和PCB设计的时候已经充分考虑了匹配电阻/终端电阻,走线阻抗控制，走线等长控制，　保证DDR3的高速稳定的工作。

DDR3 DRAM的硬件连接方式如图2-3-1所示:

图2-3-1 DDR3 DRAM原理图部分

图2-3-2为DDR3 DRAM实物图

图2-3-2 DDR3 DRAM实物图

DDR3 DRAM引脚分配：

信号名称	ZYNQ引脚名	ZYNQ引脚号
DDR3_DQS0_P	PS_DDR_DQS_P0_502	C2
DDR3_DQS0_N	PS_DDR_DQS_N0_502	B2
DDR3_DQS1_P	PS_DDR_DQS_P1_502	G2
DDR3_DQS1_N	PS_DDR_DQS_N1_502	F2
DDR3_DQS2_P	PS_DDR_DQS_P2_502	R2
DDR3_DQS2_N	PS_DDR_DQS_N2_502	T2
DDR3_DQS3_P	PS_DDR_DQS_P3_502	W5
DDR3_DQS4_N	PS_DDR_DQS_N3_502	W4
DDR3_D0	PS_DDR_DQ0_502	C3
DDR3_D1	PS_DDR_DQ1_502	B3
DDR3_D2	PS_DDR_DQ2_502	A2
DDR3_D3	PS_DDR_DQ3_502	A4
DDR3_D4	PS_DDR_DQ4_502	D3
DDR3_D5	PS_DDR_DQ5_502	D1
DDR3_D6	PS_DDR_DQ6_502	C1
DDR3_D7	PS_DDR_DQ7_502	E1
DDR3_D8	PS_DDR_DQ8_502	E2
DDR3_D9	PS_DDR_DQ9_502	E3
DDR3_D10	PS_DDR_DQ10_502	G3
DDR3_D11	PS_DDR_DQ11_502	H3
DDR3_D12	PS_DDR_DQ12_502	J3
DDR3_D13	PS_DDR_DQ13_502	H2
DDR3_D14	PS_DDR_DQ14_502	H1
DDR3_D15	PS_DDR_DQ15_502	J1
DDR3_D16	PS_DDR_DQ16_502	P1
DDR3_D17	PS_DDR_DQ17_502	P3
DDR3_D18	PS_DDR_DQ18_502	R3
DDR3_D19	PS_DDR_DQ19_502	R1
DDR3_D20	PS_DDR_DQ20_502	T4
DDR3_D21	PS_DDR_DQ21_502	U4
DDR3_D22	PS_DDR_DQ22_502	U2
DDR3_D23	PS_DDR_DQ23_502	U3
DDR3_D24	PS_DDR_DQ24_502	V1
DDR3_D25	PS_DDR_DQ25_502	Y3
DDR3_D26	PS_DDR_DQ26_502	W1
DDR3_D27	PS_DDR_DQ27_502	Y4
DDR3_D28	PS_DDR_DQ28_502	Y2
DDR3_D29	PS_DDR_DQ29_502	W3
DDR3_D30	PS_DDR_DQ30_502	V2
DDR3_D31	PS_DDR_DQ31_502	V3
DDR3_DM0	PS_DDR_DM0_502	A1
DDR3_DM1	PS_DDR_DM1_502	F1
DDR3_DM2	PS_DDR_DM2_502	T1
DDR3_DM3	PS_DDR_DM3_502	Y1
DDR3_A0	PS_DDR_A0_502	N2
DDR3_A1	PS_DDR_A1_502	K2
DDR3_A2	PS_DDR_A2_502	M3
DDR3_A3	PS_DDR_A3_502	K3
DDR3_A4	PS_DDR_A4_502	M4
DDR3_A5	PS_DDR_A5_502	L1
DDR3_A6	PS_DDR_A6_502	L4
DDR3_A7	PS_DDR_A7_502	K4
DDR3_A8	PS_DDR_A8_502	K1
DDR3_A9	PS_DDR_A9_502	J4
DDR3_A10	PS_DDR_A10_502	F5
DDR3_A11	PS_DDR_A11_502	G4
DDR3_A12	PS_DDR_A12_502	E4
DDR3_A13	PS_DDR_A13_502	D4
DDR3_A14	PS_DDR_A14_502	F4
DDR3_BA0	PS_DDR_BA0_502	L5
DDR3_BA1	PS_DDR_BA1_502	R4
DDR3_BA2	PS_DDR_BA2_502	J5
DDR3_S0	PS_DDR_CS_B_502	N1
DDR3_RAS	PS_DDR_RAS_B_502	P4
DDR3_CAS	PS_DDR_CAS_B_502	P5
DDR3_WE	PS_DDR_WE_B_502	M5
DDR3_ODT	PS_DDR_ODT_502	N5
DDR3_RESET	PS_DDR_DRST_B_502	B4
DDR3_CLK0_P	PS_DDR_CKP_502	L2
DDR3_CLK0_N	PS_DDR_CKN_502	M2
DDR3_CKE	PS_DDR_CKE_502	N3

QSPI Flash

核心板配有一片256MBit大小的Quad-SPI FLASH芯片，型号为W25Q256FVEI，它使用3.3V CMOS电压标准。由于QSPI FLASH的非易失特性，在使用中， 它可以作为系统的启动设备来存储系统的启动镜像。这些镜像主要包括FPGA的bit文件、ARM的应用程序代码以及其它的用户数据文件。QSPI FLASH的具体型号和相关参数见表2-4-1。

位号	芯片类型	容量	厂家
U15	W25Q256FVEI	32M Byte	Winbond

表2-4-1 QSPI Flash的型号和参数

QSPI FLASH连接到ZYNQ芯片的PS部分BANK500的GPIO口上，在系统设计中需要配置这些PS端的GPIO口功能为QSPI FLASH接口。为图2-4-1为QSPI Flash在原理图中的部分。

图2-4-1 QSPI Flash连接示意图

图2-4-2为QSPI Flash的实物图

2-4-2为QSPI Flash的实物图

配置芯片引脚分配：

信号名称	ZYNQ引脚名	ZYNQ引脚号
QSPI_SCK	PS_MIO6_500	A5
QSPI_CS	PS_MIO1_500	A7
QSPI_D0	PS_MIO2_500	B8
QSPI_D1	PS_MIO3_500	D6
QSPI_D2	PS_MIO4_500	B7
QSPI_D3	PS_MIO5_500	A6

时钟配置

AC7Z020核心板上为PS系统提供了有源时钟，使PS系统可以单独工作。PL的时钟由底板提供。

PS系统时钟源

ZYNQ芯片通过核心板上的X1晶振为PS部分提供33.333333MHz的时钟输入。时钟的输入连接到ZYNQ芯片的BANK500的PS_CLK_500的管脚上。其原理图如图2-5-1所示：

图2-5-1 PS部分的有源晶振

图2-5-2为PS端有源晶振实物图

图2-5-2 33.333333Mhz有源晶振实物图

时钟引脚分配：

信号名称	ZYNQ引脚
PS_CLK_500	E7

PL时钟源

PL的时钟需要通过底板提供，在AX7Z010底板上有一个50Mhz的时钟，为PL部分提供时钟参考。时钟的输入连接到ZYNQ芯片的BANK34的U18的管脚上。其原理图如图2-5-3所示：

图2-5-3 底板PL部分的晶振

时钟引脚分配：

信号名称	ZYNQ引脚
PL_GCLK1	U18

电源

AC7Z020核心板供电电压为DC5V，通过连接底板供电，另外BANK34和BANK35的电源也是通过底板提供。板上的电源设计示意图如下图2-6-1所示:

图2-6-1原理图中电源接口部分

开发板通过+5V供电, 通过四路DC/DC电源芯片转化成+1.0V，+1.8V，+1.5V，+3.3V四路电源，+1.0V输出电流可高达6A， +1.8V和+1.5V电源为3A，+3.3V为500mA 。J29上还各分出4个引脚给FPGA的BANK34，BANK35供电，默认为3.3V，用户可以通过更改底板上的VCCIO34和VCCIO35来改变BANK34和BANK35的电源。1.5V通过TI的TPS51206生成DDR3需要的VTT和VREF电压。各个电源分配的功能如下表所示：

电源	功能
+1.0V	ZYNQ PS和PL部分的内核电压
+1.8V	ZYNQ PS和PL部分辅助电压，BANK501 IO电压
+3.3V	ZYNQ Bank0,Bank500，Bank13的VCCIO, QSIP FLASH, Clock晶振
+1.5V	DDR3, ZYNQ Bank501
VREF, VTT（+0.75V）	DDR3
VCCIO34/35	Bank34, Bank35

因为ZYNQ FPGA的电源有上电顺序的要求，在电路设计中，我们已经按照 芯片的电源要求设计，上电依次为+1.0V->+1.8V->（+1.5 V、+3.3V、VCCIO）的电路设计，保证芯片的正常工作。因为BANK34，BANK35的电平标准由底板提供的电源决定，最高为3.3V，用户自己设计底板为核心板提供VCCIO34和VCCIO35的电源时，上电的顺序要比+5V慢一些。

结构图

正面图（Top View）

连接器管脚定义

核心板一共扩展出2个高速扩展口，使用2个120Pin的板间连接器（J29/J30）和底板连接，连接器的PIN脚间距为0.5mm。其中J29连接5V电源，VCCIO电源输入，一部分IO信号和JTAG信号，J30连接剩余的IO信号和MIO。 BANK34和BANK35的IO电平可以通过调整连接器上VCCIO输入来改变电平标准，最高不超过3.3V。我们设计的底板AX7Z020默认为3.3V。

J29连接器的引脚分配

J 29管脚	信 号名称	ZYNQ 引脚号	J 29管脚	信号 名称	ZYNQ 引脚号
1	VCC5V		2	VCC5V
3	VCC5V		4	VCC5V
5	VCC5V		6	VCC5V
7	VCC5V		8	VCC5V
9	GND		10	GND
11	VCCIO_34		12	VCCIO_35
13	VCCIO_34		14	VCCIO_35
15	VCCIO_34		16	VCCIO_35
17	VCCIO_34		18	VCCIO_35
19	GND		20	GND
21	I O34_L10P	V15	22	IO34_L7P	Y16
23	I O34_L10N	W15	24	IO34_L7N	Y17
25	I O34_L15N	U20	26	IO34_L17P	Y18
27	I O34_L15P	T20	28	IO34_L17N	Y19
29	GND		30	GND
31	IO34_L9N	U17	32	IO34_L8P	W14
33	IO34_L9P	T16	34	IO34_L8N	Y14
35	I O34_L12N	U19	36	IO34_L3P	U13
37	I O34_L12P	U18	38	IO34_L3N	V13
39	GND		40	GND
41	I O34_L14N	P20	42	IO34_L21N	V18
43	I O34_L14P	N20	44	IO34_L21P	V17
45	I O34_L16N	W20	46	IO34_L18P	V16
47	I O34_L16P	V20	48	IO34_L18N	W16
49	GND		50	GND
51	I O34_L22N	W19	52	IO34_L23P	N17
53	I O34_L22P	W18	54	IO34_L23N	P18
55	I O34_L20N	R18	56	IO34_L13N	P19
57	I O34_L20P	T17	58	IO34_L13P	N18
59	GND		60	GND
61	I O34_L19N	R17	62	IO34_L11N	U15
63	I O34_L19P	R16	64	IO34_L11P	U14
65	I O34_L24P	P15	66	IO34_L5N	T15
67	I O34_L24N	P16	68	IO34_L5P	T14
69	GND		70	GND
71	IO34_L4P	V12	72	IO34_L2N	U12
73	IO34_L4N	W13	74	IO34_L2P	T12
75	IO34_L1P	T11	76	IO34_L6N	R14
77	IO34_L1N	T10	78	IO34_L6P	P14
79	GND		80	GND
81	I O13_L13P	Y7	82	IO13_L21P	V11
83	I O13_L13N	Y6	84	IO13_L21N	V10
85	I O13_L11N	V7	86	IO13_L14N	Y8
87	I O13_L11P	U7	88	IO13_L14P	Y9
89	GND		90	GND
91	I O13_L19N	U5	92	IO13_L22N	W6
93	I O13_L19P	T5	94	IO13_L22P	V6
95	I O13_L16P	W10	96	IO13_L15P	V8
97	I O13_L16N	W9	98	IO13_L15N	W8
99	GND		100	GND
101	I O13_L17P	U9	102	IO13_L20P	Y12
103	I O13_L17N	U8	104	IO13_L20N	Y13
105	I O13_L18P	W11	106	IO13_L12N	U10
107	I O13_L18N	Y11	108	IO13_L12P	T9
109	GND		110	GND
111	FPGA_TCK	F9	112	VP	K9
113	FPGA_TMS	J6	114	VN	L10
115	FPGA_TDO	F6	116	PS_POR_B	C7
117	FPGA_TDI	G6	118	FPGA_DONE	R11
119	NC		120	NC

J30连接器的引脚分配

J30 管脚	信号名称	ZY NQ引 脚号	J30 管脚	信号名称	ZYN Q引 脚号
1	IO35_L1P	C20	2	IO35_L15N	F20
3	IO35_L1N	B20	4	IO35_L15P	F19
5	IO35_L18N	G20	6	IO35_L5P	E18
7	IO35_L18P	G19	8	IO35_L5N	E19
9	GND	T13	10	GND	T13
11	IO35_L10N	J19	12	IO35_L3N	D18
13	IO35_L10P	K19	14	IO35_L3P	E17
15	IO35_L2N	A20	16	IO35_L4P	D19
17	IO35_L2P	B19	18	IO35_L4N	D20
19	GND	T13	20	GND	T13
21	IO35_L8P	M17	22	IO35_L9N	L20
23	IO35_L8N	M18	24	IO35_L9P	L19
25	IO35_L7P	M19	26	IO35_L6P	F16
27	IO35_L7N	M20	28	IO35_L6N	F17
29	GND	T13	30	GND	T13
31	IO35_L17N	H20	32	IO35_L16N	G18
33	IO35_L17P	J20	34	IO35_L16P	G17
35	IO35_L19N	G15	36	IO35_L13N	H17
37	IO35_L19P	H15	38	IO35_L13P	H16
39	GND	T13	40	GND	T13
41	IO35_L12N	K18	42	IO35_L14N	H18
43	IO35_L12P	K17	44	IO35_L14P	J18
45	IO35_L24N	J16	46	IO35_L20P	K14
47	IO35_L24P	K16	48	IO35_L20N	J14
49	GND	T13	50	GND	T13
51	IO35_L21N	N16	52	IO35_L11P	L16
53	IO35_L21P	N15	54	IO35_L11N	L17
55	IO35_L22N	L15	56	IO35_L23P	M14
57	IO35_L22P	L14	58	IO35_L23N	M15
59	GND	T13	60	GND	T13
61	PS_MIO22	B17	62	PS_MIO50	B13
63	PS_MIO27	D13	64	PS_MIO45	B15
65	PS_MIO23	D11	66	PS_MIO46	D16
67	PS_MIO24	A16	68	PS_MIO41	C17
69	GND	T13	70	GND	T13
71	PS_MIO25	F15	72	PS_MIO7	D8
73	PS_MIO26	A15	74	PS_MIO12	D9
75	PS_MIO21	F14	76	PS_MIO10	E9
77	PS_MIO16	A19	78	PS_MIO11	C6
79	GND	T13	80	GND	T13
81	PS_MIO20	A17	82	PS_MIO9	B5
83	PS_MIO19	D10	84	PS_MIO14	C5
85	PS_MIO18	B18	86	PS_MIO8	D5
87	PS_MIO17	E14	88	PS_MIO0	E6
89	GND	T13	90	GND	T13
91	PS_MIO39	C18	92	PS_MIO13	E8
93	PS_MIO38	E13	94	PS_MIO47	B14
95	PS_MIO37	A10	96	PS_MIO48	B12
97	PS_MIO28	C16	98	PS_MIO49	C12
99	GND	T13	100	GND	T13
101	PS_MIO35	F12	102	PS_MIO52	C10
103	PS_MIO34	A12	104	PS_MIO51	B9
105	PS_MIO33	D15	106	PS_MIO40	D14
107	PS_MIO32	A14	108	PS_MIO44	F13
109	GND	T13	110	GND	T13
111	PS_MIO31	E16	112	PS_MIO15	C8
113	PS_MIO36	A11	114	PS_MIO42	E12
115	PS_MIO29	C13	116	PS_MIO43	A9
117	PS_MIO30	C15	118	PS_MIO53	C11
119	QS PI_D3_PS_MIO5	A6	120	QS PI_D2_PS_MIO4	B7

扩展板

简介

通过前面的功能简介，我们可以了解到扩展板部分的功能

• 2路CAN通信接口

• 2路485通信接口

• 1路10/100M/1000M以太网RJ-45接口

• 1路USB HOST接口

• 1路USB Uart通信接口

• 1路SD卡接口

• 2路40针扩展口

• 2路AD输入接口

• 1路HDMI输出接口

• 1路MIPI摄像头接口

• 1路RTC实时时钟

• 1路EEPROM

• 1路温度传感器

• JTAG调试口

• 4个独立按键

• 4个用户LED灯

CAN通信接口

AX7Z020底板上有2路CAN通信接口，连接在PS系统端BANK500的GPIO接口上。CAN收发芯片选用了TI公司的SN65HVD232C芯片为用户CAN通信服务。

图3-2-1为PS端CAN收发芯片的连接示意图

图3-2-1 PS端CAN收发芯片的连接示意图

图3-2-2为PS端CAN收发芯片的实物图

图3-2-2 PS端CAN芯片和接口的实物图

CAN通信引脚分配如下：

信号名称	ZYNQ引脚名	ZYNQ引脚号	备注
CAN0_RX	PS_MIO10	E9	CAN0接收端
CAN0_TX	PS_MIO11	C6	CAN0发送端
CAN1_RX	PS_MIO13	E8	CAN1接收端
CAN1_TX	PS_MIO12	D9	CAN1发送端

485通信接口

AX7Z020底板上有2路485通信接口，其中485通信端口1连接在PS系统端BANK500的GPIO接口上,485通信端口2连接在PL系统端BANK34的GPIO接口上。

485收发芯片选用MAXIM公司的MAX3485芯片为用户485通信服务。

图3-3-1为PL端485收发芯片的连接示意图

图3-3-1 RS485芯片和接口的连接示意图

图3-3-2为RS485收发芯片的实物图

图3-3-2 RS485芯片和接口的实物图

485通信引脚分配如下：

信号名称	ZYNQ引脚名	ZYNQ引脚号	备注
485_TXD1	PS_MIO15	C8	485发送端1
485_RXD1	PS_MIO14	C5	485接收端1
485_DE1	PS_MIO9	B5	4 85接受发射使能1
485_TXD2	IO34_L4N	W13	485发送端2
485_RXD2	IO34_L4P	V12	485接收端2
485_DE2	IO34_L12N	U19	4 85接受发射使能2

千兆以太网接口

AX7Z020底板上有1路千兆以太网接口，连接在PS系统端BANK501的GPIO接口上。

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。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。

KSZ9031RNX上电会检测一些特定的IO的电平状态，从而确定自己的工作模式。表3-2-1 描述了GPHY芯片上电之后的默认设定信息。

配置Pin脚	说明	配置值
PHYAD[2:0]	MDIO/MDC 模式的PHY地址	PHY Address 为 011
CLK125_EN	使能125Mhz时钟输出选择	使能
LED_MODE	LED灯模式配置	单个LED灯模式
MODE0~MODE3	链路自适应和全双工配置	10/100/1000自适 应，兼容全双工、半双工

表3-4-1PHY芯片默认配置值

当网络连接到千兆以太网时，ZYNQ和PHY芯片KSZ9031RNX的数据传输时通过RGMII总线通信，传输时钟为125Mhz，数据在时钟的上升沿和下降样采样。

当网络连接到百兆以太网时，ZYNQ和PHY芯片KSZ9031RNX的数据传输时通过RMII总线通信，传输时钟为25Mhz。数据在时钟的上升沿和下降样采样。

图3-2-1为ZYNQ PS端1路以太网PHY芯片连接示意图:

　　　　　　　　　　　　　　　图3-4-1 ZYNQ PS系统与GPHY连接示意图

图3-4-3为PS端以太网GPHY芯片的实物图

图3-4-3 PS端以太网GPHY芯片和接口实物图

千兆以太网引脚分配如下：

信号名称	ZYNQ引脚名	ZYNQ引脚号	备注
ETH_TXCK	PS_MIO16	A19	RGMII 发送时钟
ETH_TXD0	PS_MIO17	E14	发送数据bit０
ETH_TXD1	PS_MIO18	B18	发送数据bit1
ETH_TXD2	PS_MIO19	D10	发送数据bit2
ETH_TXD3	PS_MIO20	A17	发送数据bit3
ETH_TXCTL	PS_MIO21	F14	发送使能信号
ETH_RXCK	PS_MIO22	B17	RGMII接收时钟
ETH_RXD0	PS_MIO23	D11	接收数据Bit0
ETH_RXD1	PS_MIO24	A16	接收数据Bit1
ETH_RXD2	PS_MIO25	F15	接收数据Bit2
ETH_RXD3	PS_MIO26	A15	接收数据Bit3
ETH_RXCTL	PS_MIO27	D13	接 收数据有效信号
ETH_MDC	PS_MIO52	C10	MDIO管理时钟
ETH_MDIO	PS_MIO53	C11	MDIO管理数据
PS_POR_B	PS_POR_B	C7	复位信号

USB2.0 Host接口

AX7Z020底板上有1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,ZYNQ的USB总线接口和USB3320C-EZK收发器相连接，实现高速的USB2.0 Host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。24MHz的晶振为为USB3320C芯片提供系统时钟。

USB接口为扁型USB接口(USB Type A)，方便用户同时连接不同的USB Slave外设(比如USB鼠标和USB键盘）。另外底板为USB接口提供了+5V的电源。

ZYNQ处理器和USB3320C-EZK芯片连接的示意图如3-5-1所示：

图3-5-1 Zynq7000和USB芯片间连接示意图

图3-5-2为USB2.0芯片和接口的实物图。

图3-5-2 USB2.0部分的实物图

USB2.0引脚分配：

信号名称	ZY NQ引脚名	ZY NQ引脚号	备注
OTG_DATA4	PS_MIO28	C16	USB数据Bit4
OTG_DIR	PS_MIO29	C13	USB数据方向信号
OTG_STP	PS_MIO30	C15	USB停止信号
OTG_NXT	PS_MIO31	E16	USB下一数据信号
OTG_DATA0	PS_MIO32	A14	USB数据Bit0
OTG_DATA1	PS_MIO33	D15	USB数据Bit1
OTG_DATA2	PS_MIO34	A12	USB数据Bit2
OTG_DATA3	PS_MIO35	F12	USB数据Bit3
OTG_CLK	PS_MIO36	A11	USB时钟信号
OTG_DATA5	PS_MIO37	A10	USB数据Bit5
OTG_DATA6	PS_MIO38	E13	USB数据Bit6
OTG_DATA7	PS_MIO39	C18	USB数据Bit7
OTG_RESETN	PS_MIO46	D16	USB复位信号

USB转串口

AX7Z020底板上配有一个USB转Uart接口，用于ZYNQ7000系统的整体调试， 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 。

USB Uart电路设计的示意图如下图3-6-1所示:

3-6-1 USB转串口示意图

下图3-6-2为USB转串口的实物图

3-6-2 USB转串口实物图

UART转串口的ZYNQ引脚分配：

信号名称	ZY NQ引脚名	ZY NQ引脚号	备注
UART_RX	PS_MIO49	C12	Uart数据输入
UART_TX	PS_MIO48	B12	Uart数据输出

AD输入接口

AX7Z020底板上配有4路AD输入接口，其中2路用于采集外部模拟信号进行AD转换，另外2路用于测量开发板的电源电压和电流。 用于采集外部模拟信号进行AD转换的2路模拟信号选用SMA接头作为输入，将输入的信号转换为差分信号后输入ZYNQ。电源电流测量连接到ZYNQ的专用AD输入管脚VP和VN。

AD采集电路设计的示意图如下图3-7-1所示:

图3-7-1 AD采集电路设计的示意图

下图3-7-2为AD采集电路接口的实物图

图3-7-2 AD采集电路接口的实物图

AD采集电路的ZYNQ引脚分配：

信号名称	ZY NQ引脚名	ZY NQ引脚号	备注
XADC_AD1P	IO35_L3P	E17	AD_IN_P
XADC_AD1N	IO35_L3N	D18	AD_IN_N
XADC_AD9P	IO35_L5P	E18	AD_IN_P
XADC_AD9N	IO35_L5N	E19	AD_IN_N
XADC_AD12P	IO35_L15P	F19	AD_IN_P
XADC_AD12N	IO35_L15N	F20	AD_IN_N
VP	VP	K9	AD_IN_P
VN	VN	L10	AD_IN_N

HDMI输出接口

HDMI，全称为高清晰度多媒体视频输出接口。AX7Z020开发板上通过ZYNQ的差分IO直接连接到HDMI接口的差分信号和时钟，在ZYNQ内部实现HMDI信号的差分转并行再进行编解码，实现DMI数字视频输入和输出的传输解决方案，最高支持1080P@60Hz的输入和输出的功能。

HDMI的信号连接到ZYNQ的PL部分的BANK34上,设计原理图如下图3-8-1所示：

图3-8-1 HDMI接口设计原理图

图3-8-2为HDMI接口的实物图，

图3-8-2 HDMI接口实物图

ZYNQ的引脚分配：

信号名称	ZY NQ引脚名	ZY NQ引脚号	备注
HDMI_CLK_P	IO34_L3P	U13	HDMI时钟信号正
HDMI_CLK_N	IO34_L3N	V13	HDMI时钟信号负
HDMI_D0_P	IO34_L8P	W14	HDMI数据0正
HDMI_D0_N	IO34_L8N	Y14	HDMI数据0负
HDMI_D1_P	IO34_L17P	Y18	HDMI数据1正
HDMI_D1_N	IO34_L17N	Y19	HDMI数据1负
HDMI_D2_P	IO34_L7P	Y16	HDMI数据2正
HDMI_D2_N	IO34_L7N	Y17	HDMI数据2负
HDMI_SCL	IO34_L21N	V18	HDMI IIC时钟
HDMI_SDA	IO34_L21P	V17	HDMI IIC数据

MIPI摄像头接口

AX7Z020底板上包含了一个MIPI摄像头接口，可以用来接我们的MIPI OV5640摄像头模块。MIPI接口部分的电路原理图如下图3-9-1 所示：

图3-9-1 MIPI接口设计原理图

图3-9-2 为MIPI摄像头接口的实物图：

图3-9-1 HMIPI接口设计原理图

MIPI接口引脚分配

信号名称	ZY NQ引脚名	ZY NQ引脚号	备注
LP_CLK_P	IO13_L15P	V8	Low Power模式的时钟正
LP_CLK_N	IO13_L15N	W8	Low Power模式的时钟负
LP_LANE0_P	IO13_L12P	T9	Low Power模式的LANE0正
LP_LANE0_N	IO13_L12N	U10	Low Power模式的LANE0负
LP_LANE1_P	IO13_L20P	Y12	Low Power模式的LANE1正
LP_LANE1_N	IO13_L20N	Y13	Low Power模式的LANE1负
MIPI_CLK_P	IO13_L13P	Y7	High Speed模式的时钟正
MIPI_CLK_N	IO13_L13N	Y6	High Speed模式的时钟负
MIPI_LAN0_P	IO13_L18P	W11	High Speed模式的LANE0正
MIPI_LAN0_N	IO13_L18N	Y11	High Speed模式的LANE0负
MIPI_LAN1_P	IO13_L17P	U9	High Speed模式的LANE1正
MIPI_LAN1_N	IO13_L17N	U8	High Speed模式的LANE1负
CAM_GPIO	IO13_L11P	U7	摄像头的GPIO控制
CAM_CLK	IO13_L11N	V7	摄像头的时钟输入
CAM_SCL	IO13_L19P	T5	摄像头的I2C时钟
CAM_SDA	IO13_L19N	U5	摄像头的I2C数据

SD卡槽

AX7Z020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。

SDIO信号与ZYNQ的PS BANK501的IO信号相连，因为该BANK的VCCMIO设置为1.8V，但SD卡的数据电平为3.3V, 我们这里通过TXS02612电平转换器来连接。Zynq7000 PS和SD卡连接器的原理图如图3-6-1所示。

图3-10-1 SD卡连接示意图

图3-10-2 为开发板上SD卡槽实物图

图3-10-2 SD卡槽实物图

SD卡槽引脚分配

信号名称	ZY NQ引脚名	ZY NQ引脚号	备注
SD_CLK	PS_MIO40	D14	SD时钟信号
SD_CMD	PS_MIO41	C17	SD命令信号
SD_D0	PS_MIO42	E12	SD数据Data0
SD_D1	PS_MIO43	A9	SD数据Data1
SD_D2	PS_MIO44	F13	SD数据Data2
SD_D3	PS_MIO45	B15	SD数据Data3
SD_CD	PS_MIO47	B14	SD卡插入信号

EEPROM

AX7Z020开发板板载了一片EEPROM。EEPROM的型号为24LC04,容量为：4Kbit（2*256*8bit），由2个256byte的block组成,通过IIC总线进行通信。板载EEPROM就是为了学习IIC总线的通信方式。EEPROM的I2C信号连接的ZYNQ PS端的I2C接口上。图3-11-1为EEPROM的连接示意图

图7-5 EEPROM连接示意图

图3-11-2为EEPROM实物图

图3-11-2 EEPROM实物图

EEPROM引脚分配：

信号名称	ZYNQ引脚名	ZYN Q引脚号	备注
I2C_SCL_1V8	MIO50	B13	IIC时钟信号
I2C_SDA_1V8	MIO51	B9	IIC数据信号

实时时钟

开发板板载了一片实时时钟RTC芯片，型号DS1338，他的功能是提供到2099年内的日历功能，年月日时分秒还有星期。如果系统中需要时间的话，那么RTC就需要涉及到产品中。他外部需要接一个32.768KHz的无源时钟，提供精确的时钟源给时钟芯片，这样才能让RTC可以准确的提供时钟信息给产品。同时为了产品掉电以后，实时时钟还可以正常运行，一般需要另外配一个电池给时钟芯片供电，图3-12-2中为BT1为电池座，我们将纽扣电池（型号CR1220，电压为3V）放入以后，当系统掉电池，纽扣电池还可以给DS1338供电，这样，不管产品是否供电，DS1302都会正常运行，不会间断，可以提供持续不断的时间信息。RTC的接口信号跟EEPORM是共用I2C总线。图3-12-1为DS1338连接示意图

图3-12-1 DS1338原理图

图3-12-2为DS1338实物图

图3-12-2 DS1302实物图

DS1338接口引脚分配：

信号名称	ZYNQ引脚名	Z YNQ引脚号	备注
I2C_SCL_1V8	MIO50	B13	RTC的时钟信号
I2C_SDA_1V8	MIO51	B9	RTC的复位信号
RTC_SQW	MIO7	D8	方波输出信号

温度传感器

AX7Z020开发板上安装了一个高精度、低功耗、数字温度传感器芯片，型号为ON Semiconductor公司的LM75。LM75芯片的温度精度为0.5度,传感器和FPGA直接为I2C数字接口， ZYNQ7020通过I2C接口来读取当前开发板附近的温度。LM75传感器的接口信号跟EEPORM是共用I2C总线，下图3-13-1为LM75传感器连接示意图

图3-13-1 LM75传感器连接示意图

下图为LM75传感器实物图

图3-13-2 LM75传感器实物图

JTAG接口

在AX7Z020底板上预留了JTAG的下载调试电路，将 ZYNQ的JTAG调试信号TCK,TDO,TMS,TDI引出。图3-14-1为开发板上JTAG口的原理图部分：

图3-14-1 原理图中JTAG接口部分

在AX7Z020开发板上，JTAG接口的实物图如下图3-14-2，用户可以通过我们的下载器进行ZYNQ的系统调试。

图3-14-2 JTAG接口实物图

用户LED灯

AX7Z020底板上有4个用户LED灯（LED1~LED4）。4个用户LED灯均连接到PL端BANK35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电压为高时，用户LED灯熄灭，当连接IO电压为低时，用户LED会被点亮。LED灯硬件连接的示意图如图3-15-1所示：

图3-15-1 底板LED灯硬件连接示意图

图3-15-2 为底板上的LED灯实物图

图3-15-2 底板的LED灯实物图

底板用户LED灯的引脚分配

信号名称	ZYNQ引脚名	ZY NQ管脚号	备注
LED1	IO35_L20N	J14	用户LED1灯
LED2	IO35_L20P	K14	用户LED2灯
LED3	IO35_L14P	J18	用户LED3灯
LED4	IO35_L14N	H18	用户LED4灯

用户按键

AX7Z020底板上有4个用户按键KEY1~KEY4，4个用户KEY均连接到PL端BANK35的IO上。按键按下，信号为低，ZYNQ芯片就是检测到低电平来判断按键是否按下。用户按键连接的示意图如图3-16-1所示：

图3-16-1 用户按键连接示意图

图3-16-2 为用户按键在底板的实物图

图2-16-2 用户按键实物图

用户按键的ZYNQ管脚分配

信号名称	ZY NQ引脚名	ZY NQ引脚号	备注
KEY1	IO35_L23N	M15	用户按键KEY1
KEY2	IO35_L23P	M14	用户按键KEY2
KEY3	IO35_L11N	L17	用户按键KEY3
KEY4	IO35_L11P	L16	用户按键KEY4

扩展口

AX7Z020底板预留了2个2.54mm标准间距的40针的扩展口J20和J21，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。切勿IO直接跟5V设备直接连接，以免烧坏ZYNQ7000芯片。如果要接5V设备，需要接电平转换芯片。

扩展口(J20)的电路如下图3-17-1所示

图3-17-1扩展口J20原理图

下图为J20扩展口实物图，扩展口的Pin1,2,39, 40已经在板上标示出。

图3-17-2扩展口J20实物图

J20扩展口ZYNQ的引脚分配

引脚编号	ZYNQ引脚	引脚编号	ZYNQ引脚
1	GND	2	+5V
3	R14	4	P14
5	U12	6	T12
7	T15	8	T14
9	T11	10	T10
11	U15	12	U14
13	P19	14	N18
15	R17	16	R16
17	P15	18	P16
19	N17	20	P18
21	V16	22	W16
23	R18	24	T17
25	W19	26	W18
27	W20	28	V20
29	P20	30	N20
31	U17	32	T16
33	U20	34	T20
35	V15	36	W15
37	GND	38	GND
39	+3.3V	40	+3.3V

扩展口(J21)的电路如下图3-17-3所示

图3-17-3扩展口J21原理图

下图为J21扩展口实物图，扩展口的Pin1, 2,39,40已经在板上标示出。

图3-17-4扩展口J21实物图

J21扩展口ZYNQ的引脚分配

引脚编号	ZYNQ引脚	引脚编号	ZYNQ引脚
1	GND	2	+5V
3	M18	4	M17
5	K19	6	J19
7	B19	8	A20
9	B20	10	C20
11	G19	12	G20
13	M19	14	M20
15	D20	16	D19
17	L20	18	L19
19	F16	20	F17
21	H20	22	J20
23	G18	24	G17
25	H17	26	H16
27	G15	28	H15
29	K18	30	K17
31	J16	32	K16
33	N16	34	N15
35	L15	36	L14
37	GND	38	GND
39	+3.3V	40	+3.3V

供电电源

开发板的电源输入电压为DC5V，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2路DC/DC电源芯片TLV62130RGT和1路LDO电源芯片SPX3819M5-ADJ转换成1.8V，+3.3V和VCCIO35三路电源。VCCIO35默认输出是3.3V，可以通过跳帽的链接来改变VCCIO35的输出，使其变为2.5V或者1.8V。

扩展上的电源设计如下图3-18-1所示:

图3-18-1底板电源原理图

ZYNQ7020的BANK35的IO的电平可以由底板的跳线帽来调整电压，默认如果J28，J29没有安装跳线帽，BANK35的IO电平是3.3V的。如果J29安装了跳线帽，BANK35的IO电平是1.8V。如果J28安装了跳线帽，BANK35的IO电平是2.5V。

图3-18-2 VCCIO35的电压调整

底板结构图

正面图（Top View）