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《DFZU2EG_4EV MPSoC之嵌入式Vitis开发指南》第十一章 PL SYSMON测量输入模拟电压 ​

PL SYSMON测量输入模拟电压 ​

在“PS SYSMON测量温度电压实验”中,我们通过PS端SYSMON成功实现了读取芯片内部的温度和电压等信息。但除此之外,还可以通过PL SYSMON测量外部电压,本章将通过PL SYSMON测量外部输入模拟电压。

本章包括以下几个部分:

  1. 简介
  2. 实验任务
  3. 硬件设计
  4. 软件设计
  5. 下载验证


简介

PL SYSMON能监控PL的核心温度和多个内部PL或PS电压节点。PL SYSMON也可以监控多达17路外部模拟通道。PL SYSMON使用VCCAUX和VCCADC作为供电电压,当从PS访问PL SYSMON时,需要额外的VCCINT供电。PS端可以通过寄存器组配置PL SYSMON。PL SYSMON的控制和配置寄存器也可以通过PL域内的JTAG、IIC和DRP接口访问。PL SYSMON模块框图如下图所示:

《DFZU2EG_4EV MPSoC之嵌入式Vitis开发指南》第十一章 PL SYSMON测量输入模拟电压 ​_模拟输入


11.1.1 PL SYSMON模块框图

PL SYSMON单元能够监控PL内的电压节点,包括多个标准供电电源和四个用户自定义电压节点VUser{0:3}。PL SYSMON也能够测量16组辅助模拟输入和一组专用模拟输入VP_VN。这些外部输入通道测量电压范围为单端无符号0~1V或双端(差分)有符号-0.5V~+0.5V。PL SYSMON也能测量少部分PS内的电压节点。此外,PL SYSMON内还包含一个温度传感器。

实验任务

本章的实验任务是使用PL SYSMON通过专用模拟输入VP_VN通道,读取外部模拟电压信号的信息,并通过串口打印出来。

硬件设计

根据实验任务我们可以画出本次实验的系统框图,如下图所示:

《DFZU2EG_4EV MPSoC之嵌入式Vitis开发指南》第十一章 PL SYSMON测量输入模拟电压 ​_开发板_02


11.3.1 系统框图

测量输入模拟电压信息主要是要在开发板XADC接口上插入一个ATK-XADC模块。因为PL SYSMON测量单端输入电压的范围是0V~1V,所以需要一个可以产生0V~1V电压的模块,即ATK-XADC模块,该模块实物外观如下图所示:

《DFZU2EG_4EV MPSoC之嵌入式Vitis开发指南》第十一章 PL SYSMON测量输入模拟电压 ​_开发板_03


11.3.2 ATK-XADC模块

ATK-XADC模块的原理图如下图所示:

《DFZU2EG_4EV MPSoC之嵌入式Vitis开发指南》第十一章 PL SYSMON测量输入模拟电压 ​_模拟输入_04


11.3.3 ATK-XADC模块的原理图

ATK-XADC模块的分压工作原理是通过外部旋转ATK-XADC模块的旋钮,改变上图中电阻RP1接入电路中电阻阻值的大小,来调节外部输入电压的大小。当电阻RP1全部接入电路,此时电阻RP1上分得的电压最大为

《DFZU2EG_4EV MPSoC之嵌入式Vitis开发指南》第十一章 PL SYSMON测量输入模拟电压 ​_数据_05

,约为1V,即外部输入电压最大值约为1V。当调节按钮,电阻RP1全部都没有接入电路时,此时电阻RP1的分压为0V,即外部输入电压为0V

XADC接口原理图如下图所示:

《DFZU2EG_4EV MPSoC之嵌入式Vitis开发指南》第十一章 PL SYSMON测量输入模拟电压 ​_开发板_06


11.3.4 XADC接口原理图

上图所示,XADC接口模块有四个管脚,其中引脚XADC_VP与XADC_VN是FPGA的两个专用管脚,设计时不需要对其进行管脚约束。

软件设计

VITIS软件建一个空的应用工程,应用工程名为pl_sysmon_vpvn”。然后为应用工程新建一源文件“main.c”,我们在新建的main.c文件中输入本次实验的代码

1 #include "xsysmonpsu.h"​
2 #include "xparameters.h"​
3 #include "xstatus.h"​
4 #include "stdio.h"​
5 #include "sleep.h"​
6 ​
7 #define SYSMON_DEVICE_ID XPAR_XSYSMONPSU_0_DEVICE_ID​
8 ​
9 #define printf xil_printf​
10 ​
11 int PL_SYSMON_VPVN(u16 SysMonDeviceId); //PL_SYSMON_VPVN函数声明​
12 static int FractionToInt(float FloatNum); //FractionToInt函数声明​
13 ​
14 static XSysMonPsu SysMonInst;​
15 ​
16 int main(void)​
17 {​
18 xil_printf("Run PL_Sysmon Polled Test\r\n");​
19 ​
20 PL_SYSMON_VPVN(SYSMON_DEVICE_ID);​
21 ​
22 return XST_SUCCESS;​
23 }​
24 ​
25 int PL_SYSMON_VPVN(u16 SysMonDeviceId)​
26 {​
27 XSysMonPsu_Config *ConfigPtr;​
28 u32 VpvnIntRawData; //Vpvn电压 原始数据​
29 float VpvnIntData; //Vpvn电压​
30 ​
31 XSysMonPsu *SysMonInstPtr = &SysMonInst;​
32 ​
33 //根据器件ID查找配置信息​
34 ConfigPtr = XSysMonPsu_LookupConfig(SysMonDeviceId);​
35 ​
36 //对SYSMON进行初始化​
37 XSysMonPsu_CfgInitialize(SysMonInstPtr, ConfigPtr,​
38 ConfigPtr->BaseAddress);​
39 ​
40 //设置为安全模式​
41 XSysMonPsu_SetSequencerMode(SysMonInstPtr,​
42 XSM_SEQ_MODE_SAFE, XSYSMON_PL);​
43 ​
44 //设置模拟输入为单端输入​
45 XSysMonPsu_SetSeqInputMode(SysMonInstPtr,0x0U, XSYSMON_PL);​
46 ​
47 //使能VPVN通道测量​
48 XSysMonPsu_SetSeqChEnables(SysMonInstPtr,​
49 XSYSMONPSU_SEQ_CH0_VP_VN_MASK, XSYSMON_PL);​
50 ​
51 //设置为循环模式​
52 XSysMonPsu_SetSequencerMode(SysMonInstPtr,​
53 XSM_SEQ_MODE_CONTINPASS, XSYSMON_PL);​
54 ​
55 while(1)​
56 {​
57 //PL_SYSMON读VPVN通道测量数据​
58 VpvnIntRawData = XSysMonPsu_GetAdcData(SysMonInstPtr,​
59 XSM_CH_VPVN, XSYSMON_PL);​
60 ​
61 //将VPVN原始数据转换成电压​
62 VpvnIntData = XSysMonPsu_VpVnRawToVoltage(VpvnIntRawData);​
63 printf("The Raw Vpvn is %lu,The Vpvn is %0d.%03d Volts. \r\n\r\n",​
64 VpvnIntRawData, (int)(VpvnIntData), FractionToInt(VpvnIntData));​
65 ​
66 //延时2秒​
67 sleep(2);​
68 }​
69 ​
70 return XST_SUCCESS;​
71 }​
72 ​
73 //将浮点型数据的小数部分转换成整数​
74 int FractionToInt(float FloatNum)​
75 {​
76 float Temp;​
77 ​
78 Temp = FloatNum;​
79 if (FloatNum < 0) {​
80 Temp = -(FloatNum);​
81 }​
82 ​
83 return( ((int)((Temp -(float)((int)Temp)) * (1000.0f))));​
84 }

在主函数中,先输出本次实验的打印信息,然后调用PL_SYSMON_VPVN()函数,如程序中第18行至第20行所示。PL_SYSMON_VPVN()函数主要完成PL SYSMON初始化和使用VP_VN通道前的配置,最后读取输入模拟电压的数据。

在程序的第41行至第42行,调用XSysMonPsu_SetSequencerMode()函数将PL SYSMON的操作模式设置为默认模式(安全模式)。在该模式下,SYSMON会自动监测外部模拟电压的输入数据,并将平均测量值保存在寄存器中,此时SYSMON的操作与其他任何控制寄存器的设置无关。在配置寄存器之前,都要将SYSMON操作模式设置成安全模式。

程序第45行中,设置模拟输入为单端输入,即输入电压范围为0~1V,详细介绍可参考ug580和ug1087中SEQ_INPUT_MODE0部分。接下来打开VPVN通道,如第48行和第49行所示。最后设置操作模式为循环模式。

PL配置完成后,我们通过一个while语句循环读取PL采集到的外部模拟电压的输入数据。首先通过XSysMonPsu_GetAdcData()函数获取采集到的模拟输入电压数据。接下来我们通过XSysMonPsu_VpVnRawToVoltage()函数,将读出的外部输入模拟数据转换成以伏为单位的电压值。程序的最后我们将转换之后的数据打印出来,然后延迟2秒再次读取。

下载验证

首先我将下载器与开发板上的JTAG接口连接,下载器另外一端与电脑连接然后使用USB连接线将USB_UART(开发板PS PORT)接口与电脑连接,用于口通信。最后连接开发板的电源,给开发板上电。

《DFZU2EG_4EV MPSoC之嵌入式Vitis开发指南》第十一章 PL SYSMON测量输入模拟电压 ​_模拟输入_07


11.5.1 下载验证

打开Vitis Terminal终端,设置连接串口。然后下载本次实验程序下载完成后,在下方的VITIS Terminal中可以看到应用程序2秒打印外部输入模拟电压信息,通过旋转上图ATK-XADC模块的按钮,可以改变输入模拟电压数据,如下图所示:

《DFZU2EG_4EV MPSoC之嵌入式Vitis开发指南》第十一章 PL SYSMON测量输入模拟电压 ​_模拟输入_08


11.5.2 串口终端中打印的信息

上图中可以看到,串口终端能够正确打印电压信息,说明本次实验在MPSOC开发板上面下载验证成功。


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