Zynq-7000 MiZ701 SOC硬件使用手册

此板卡是由南京米联电子设计团队设计的一款高性能SOC开发板。采用了美国XILINX公司开发的XC7Z020CLG484作为CPU，硬件设计方案参考了安富利公司的Zedboard，最大程度实现了软件和硬件的兼。同时本开发板的特色是采用了MiCore+Functional Board 的设计思路。核心板处理器和功能模块的分离，是学习、科研、项目开发、DEMO方案首选硬件。

二、应用领域及人群

n 机器视觉、机器人；

n 伺服系统、运动控制；

n 视频采集、视频输出、消费电子；

n MiniPC 运行于LIUNX；

n SOC感兴趣的爱好者；

n 电子信息工程、自动化、通信工程等电子类相关专业的大专生、本科生及其研究生入门学习；

n 项目研发前期验

三、硬件配置

· Xilinx® XC7Z010/7010-1CLG400 Zynq-7000 AP SoC

o Primary configuration = QSPI Flash

o Auxiliary configuration options

§ Cascaded JTAG

§ TF Card

· 内存

o 1024 MB DDR3 (128M x 32)

o 128Mb QSPI Flash

·接口

o USB-JTAG Programming

§ Accesses PL JTAG

§ PS JTAG pins connected through PS Pmod

o 10/100/1G Ethernet

o USB OTG 2.0

o TF Card

o USB 2.0 FS USB-UART bridge

o 36GPIO(PL)

o PMOM(PL)X2

o PMOM(PS)X1

o Two Reset Buttons (1 PS, 1 PL)

o Four Buttons (2 PL 2S)

o Nine User LEDs (1 PS, 4 PL)

o DONE LED (PL)

· 板载晶振

o 50 MHz (PS)

· 显示/音频

o HDMI In/out（PL）

o Audio Line-in, Line-out, microphone

· 电源

o On/Off Switch

o 5V @ 5A AC/DC regulator

MiZ701硬件资源

BANK资源分配

四、MiZ701开发板功能描述

4.1 全编程SOC（All Programmable SoC）

MiZ701核心板搭载了一颗XILINX 可全编程SOC芯片-Zynq XC7Z010-1CLG400/ XC7Z020-1CLG400。

Zynq XC7Z010-1CLG400/ XC7Z020-1CLG400集成了ARM A9双核的CPU 和28K/85K可编程逻辑单元，实现了硬件编程和软件编程同时具备的超级功能。

4.2 内存（Memory）

4.2.1 DDR3

Zynq的PS内存接口，包括了一个动态内存控制器（DDR控制器）接口和静态内存接口。

MiZ701核心板搭载了2片镁光（Micron）的MT41K256M16RE-125 M DDR3内存。单片内存的大小是512MB 数据接口是16bit。两片内存一起组了32bit的数据接口，内存大小 1024MB.MiZ701开发板采用了高速布线，DDR3内存接口频率速度达到533MHZ(1066MHZ)。

MiZ701的DDR3采用了1.5V电压标准，并且具备终端补偿电阻。PCB布线的时候终端补偿电阻尽量靠近了DDR3内存，确保了最高速度可以达到 533MHZ(1066MHZ)

表4-2-1 MiZ701 DDR3引脚分配

Signal Name	Description	Zynq pin	DDR3 pin
DDR_CK_P	Differential clock output	L2	J7
DDR_CK_N	Differential clock output	M2	K7
DDR_CKE	Clock enable	N3	K9
DDR_CS_B	Chip select	N1	L2
DDR_RAS_B	RAS row address select	P4	J3
DDR_CAS_B	RAS column address select	P5	K3
DDR_WE_B	Write enable	M5	L3
DDR_BA[2:0]	Bank address	PS_DDR_BA[2:0]	BA[2:0]
DDR_A[14:0]	Address	PS_DDR_A[14:0]	A[14:0]
DDR_ODT	Output dynamic termination	N5	K1
DDR_RESET_B	Reset	B4	T2
DDR_DQ[31:0]	I/O Data	PS_DDR_[31:0]	DDR3_DQ pins
DDR_DM[3:0]	Data mask	PS_DDR_DM[3:0]	LDM/UDM x2
DDR_DQS_P[3:0]	I/O Differential data strobe	PS_DDR_DQS_P[3:0]	UDQS/LDQS
DDR_DQS_N[3:0]	I/O Differential data strobe	PS_DDR_DQS_N[3:0]	UDQS#/LDQS#
DDR_VRP	I/O Used to calibrate input termination	G5	N/A
DDR_VRN	I/O Used to calibrate input termination	H5	N/A
DDR_VREF[1:0]	I/O Reference voltage	H6, P6	H1

MiZ701开发板DDR3内存部分数据接口采用了16X2组层了32bit数据总线，布线方式采用了FLY方式。XILINX的开发工具提供了优化PCB延迟时序的功能，XILINX的软件可以通过长度自动计算需要的延迟时间。计算方法：http://www.xilinx.com/support/answers/46778.html

表4-2-2 MiZ701的PCB延迟参数计算

Pin Group	Length (mm)	Length (mils)	Package Length (mils)	Total Length (mils)	Propagation Delay (ps/inch)	Total Delay (ns)	DQS to CLK Delay (ns)	Board Delay (ns)
CLK0	55.77	2195.9	470	2665.9	160	0.427
CLK1	55.77	2195.9	470	2665.9	160	0.427
CLK2	41.43	1631.1	470	2101.1	160	0.336
CLK3	41.43	1631.1	470	2101.1	160	0.336
DQS0	51.00	2008.0	504	2512.0	160	0.402	0.025
DQS1	50.77	1998.8	495	2493.8	160	0.399	0.028
DQS2	41.59	1637.6	520	2157.6	160	0.345	-0.009
DQS3	41.90	1649.4	835	2484.4	160	0.398	-0.061
DQ[7:0]	50.63	1993.3	465	2458.3	160	0.393		0.410
DQ[15:8]	50.71	1996.4	480	2476.4	160	0.396		0.411
DQ[23:16]	40.89	1609.9	550	2159.9	160	0.346		0.341
DQ[31:24]	40.58	1597.8	780	2377.8	160	0.380		0.358

如上表所示，DQS 到CLK 必须设置正确的延时时间。

4.2.2 PROM SPI FALSH

MiZ701开发板有一个4bit SPI FLASH,型号是W25Q128FV可以用来保存数据，还有代码。FLASH可以用来初始化PS和PL 部分的子系统。

W25Q128FV主要技术参数

· 128Mbit

· x1, x2, and x4 支持

· 最高时钟 104 MHz, MiZ701 rates @ 100 MHz 4bit模式下可以达到 400Mbs

· 工作于 3.3V

为了正确使用Z SPI FLASH 工作于 4bit 模式，MIO[1:0,8]需要被正确设置。MIO[8]需要通过一个20K的上电阻上拉到3.3V,让4bit FLASH 可以工作于反馈模式。Zynq只支持24bit的寻址空间， 256Mb是通过内部bank的切换实现全部访问。目前IMPACT 还不支持S25FL256S。

表4-2-3 MiZ701 SPI FLASH 的管脚定义

Signal Name	Description	Zynq Pin	MIO	QSPI Pin
DQ0	Data0	B8 (MIO Bank 0/500)	1:6	5
DQ1	Data1	D6 (MIO Bank 0/500)	2
DQ2	Data2	B7 (MIO Bank 0/500)	3
DQ3	Data3	A6 (MIO Bank 0/500)	7
SCK	Serial Data Clock	D5 (MIO Bank 0/500)	6
CS	Chip Select	A7(MIO Bank 0/500)	1
FB Clock	QSPI Feedback	D5 (MIO Bank 0/500)	8	N/C

4.2.3 TF 卡

MiZ701 PS 部分连接了TF卡，支持SDIO模式。TF卡可以用来保存数据和程序，比如LIUNX操作系统。PS部分相关的引脚是 MIO[40-47],其中包含了TF卡检测信号，和TF卡由于没有写保护功能，因此写保护不起作用。

由于TF卡工作在3.3V 而MiZ701工作于1.8V 因此使用了TXS02612 作为电平桥接芯片。

Zynq只支持主机模式，为了能够从TF卡启动需要设置MIO[2:6].并且设置JE7接到GND.

TF卡原理图

表4-2-4 MiZ701 TF卡管脚定义

Signal Name	Description	Zynq Pin	MIO	Level Shift Pin	TF Card Pin
CLK	Clock	d14 (MIO Bank 1/501)	40	Pass-Thru	5
CMD	Command	C17 ((MIO Bank 1/501)	41	Pass-Thru	2
Data[3:0]	Data	MIO Bank 1/501 D0: E12 D1: A9 D2: F13 D3: B15	42:45	Pass-Thru	Data Pins 7 8 9 1
CD	Card Detect	B14 (MIO Bank 1/501)	47	Pass-Thru	CD
WP(Not Used)	Write Protect	((MIO Bank 1/501)	46	Pass-Thru	WP

4.3 USB

4.3.1 USB OTG

MiZ701 USB OTG 采用了IT 的TUSB1210 芯片，在HOST和OTG模式模式下需要短接JP8 以提供5V电源给设备。

表4-3-1USB OTG 管脚定义

Signal Name	Description	Zynq Pin	MIO	TUSB1210 Pin	USB Conn Pin
OTG_Data[8:0]	USB Data lines	MIO Bank 1/501	28:39	Data[7:0]	N/C
OTG_CLOCK	USB Clock	MIO Bank 1/501	26	N/C
OTG_DIR	ULPI DIR output signal	MIO Bank 1/501	31	N/C
OTG_STP	ULPI STP input signal	MIO Bank 1/501	29	N/C
OTG_NXT	ULPI NXT output signal	MIO Bank 1/501	2	N/C
OTG_CS ·	USB Chip Select		11	N/C
DP	DP pin of USB Connector	N/C	18	2
DM	DM pin of USB Connector	N/C	19	3
ID	Identification pin of the USB connector	N/C	23	4
OTG_RESET_B	Reset	MIO Bank 1/501	27	N/C
OTG_VBUS_OC	VBus Output Control	Bank 34	L16	TPS2051

4.3.2 MiZ701 USB TO UART

USB TO UART采用了PL2303HXD此芯片支持1.8V-3.3V的IO电平。这样在电脑上可以虚拟出一个RS232使用起来非常方便。

表4-3-2 MiZ701 USB TO UART 管脚定义

unction in Zynq	Zynq Pin	MIO	Schematic Net Name	PL2303HXD	UART Function in CY7C64225
TX, data out	C12 (MIO Bank 1/501)	48:49	USB_1_RXD	5	RXD, data in
RX, data in	B12 (MIO Bank 1/501)	USB_1_TXD	1	TXD, data out

USB TO UART传输接口图

4.3.3 USB ESD 保护

USB D+/D-采用了一片TE SESD0402Q2UG-0020-090 进行ESD保护。

4.3.4 JTAG接口

MiZ701的JTAG接口采用了10PIN 2.0间距的接插接口，请使用配套的接口线下载调试程序，以免损坏SOC芯片。

4.4 显示

4.4.1 HDMI

HDMI部分采用了PL部分的FPGA资源实现HDMI编解码，可以实现双向传输。

HDMI 接口连接到了MiZ701的Bank 35，MiZ701没有使用音频输出功能, 信号采用TMDS IO标准。

表4-4-1 MiZ701 HDMI 接口管脚定义

Signal Name	Description	Zynq pin	BANK
HDMI_HDP	Hot Plug Detect signal input	E13	BANK:34(3V3)
HDMI_CEC		E19
HDMI_SCL	I2C Interface. Supports CMOS logic levels from 1.8V to 3.3V	G17
HD_SDA	G18
HD_CLKN	HDMI clock	H17
HD_CLKP	H16
HDMI_D0_N	HDMI DATA	D20
HDMI_D0_P	D19
HDMI_D1_N	B20
HDMI_D1_P	G20
HDMI_D2_N	A20
HDMI_D2_P	B19

4.4.2 音频

音频解码采用了解码芯片SSM2603CPZ 实现了数字信号变为音频信号，和音频信号变为数字信号。

表4-4-3 MiZ701音频解码部分管脚分配

Signal Name	Description	Zynq pin	Direction
AC-MCLK	Master Clock	T19	Output
AC-BCLK	I2S (Serial Clock)	K18	Output
AC-PBDAT	I2S (Playback Data)	M17	Output
AC-PBLRC	I2S (Playback Channel Clock)	L17	Output
AC-RECDAT	I2S (Record Data)	K17	Input
AC-RECLRC	I2S (Record Channel Clock)	M18	Output
AC-MUTEN	Digital Enable (Active Low)	P18	Output
AC-SDA	I2C (Data)	N17	Input/Output
AC-SCK	I2C (Clock)	N18	Output

4.5 系统时钟

MiZ701 核心板上具备一颗50MHZ的时钟输入到PS和以太网芯片的晶振，以太网的晶振再输出125MHZ的时钟给ZYNQ的以太网部分。 MIZ701的系统时钟可以设置到650MHZ DDR的核心时钟设置到525MHZ(1050MHZ)。

4.6系统复位资源

4.6.1 上电复位(PS_POR_B)

Zynq PS部分支持上电复位，此复位会复位整个芯片，此复位信号接到外部电源管理。

4.6.2 PL复位（PROG_B ）

这部分是FPGA部分的逻辑资源复位，此管脚接到MiZ701核心板上SW1脚

4.6.3处理器子复位

此复位信号可以手动复位系统，包括PL部分。此管脚寄到MiZ701核心板上SW2脚

4.7用户IO

4.7.1 按钮输入

MiZ701底板具备4个按钮输入，其中2个在PS部分，2个在PL部分，默认上拉，当按钮按下时候接到GND。

表4-7-1 MiZ701按钮输入管脚定义

Signal Name	Subsection	Zynq pin
BTN0	PL	R18
BTN1	PL	T17
SW0	PS	MIO50
SW1	PS	MIO51

4.7.2 LEDS

MiZ701底板具备7个LED输出

表4-7-2 MiZ701 LED 输出

Signal Name	Subsection	Zynq pin
LDA0	PL	F7
LDA1	PL	J15
LDA2	PL	G14
LDA3	PL	D18
LDB0	PL	M14
LDB1	PL	M15
LD9	PS	MIO7

4.7.3 10/100/1000 M以太网

MiZ701采用的PHY型号为RTL8211E-VL,网口自带网络变压

MiZ701 PHY部分硬件接口

Signal Name	Description	MIO
RX_CLK	Receive Clock	16:27
RX_CTRL	Receive Control
RXD[3:0]	Receive Data
TX_CLK	Transmit Clock
TX_CTRL	Transmit Control
TXD[3:0]	Transmit Data
MDIO	Management Data	52:53
MDC	Management Clock

表4-7-3 MiZ701 PHY 管脚定义

4.8 外扩IO

4.8.1 PMOD

一共有3组PMOD 分别为PS部分IO、PL部分高速IO、PL部分差分ADC。

JF1
PMOD PIN	ZYNQ PIN
1	MIO0
2	MIO10
3	MIO12
4	MIO14
7	MIO15
8	MIO13
9	MIO11
10	MIO9
JE1
PMOD PIN	ZYNQ PIN
1	F20
2	G20
3	H18
4	H20
7	F19
8	G19
9	J18
10	J20
JA1
PMOD PIN	ZYNQ PIN
1	K16
2	L14
3	K14
4	N15
7	N16
8	J14
9	L15
10	J16

4.8.2 40PIN HEADER

40PIN HEADER 具备36个GPIO

表4-8-1 MiZ701 40PIN HEADER 管脚分配

PIN Name	Subsection	Zynq pin
PIN1	PL	5V
PIN2	PL	GND
PIN3	PL	T11
PIN4	PL	T10
PIN5	PL	T12
PIN6	PL	U12
PIN7	PL	V12
PIN8	PL	W13
PIN9	PL	U18
PIN10	PL	U19
PIN11	PL	T14
PIN12	PL	T15
PIN13	PL	W14
PIN14	PL	Y14
PIN15	PL	V15
PIN16	PL	W15
PIN17	PL	Y16
PIN18	PL	Y17
PIN19	PL	U14
PIN20	PL	U15
PIN21	PL	V16
PIN22	PL	W16
PIN23	PL	Y18
PIN24	PL	Y19
PIN25	PL	P14
PIN26	PL	R14
PIN27	PL	P15
PIN28	PL	P16
PIN29	PL	R16
PIN30	PL	R17
PIN31	PL	T16
PIN32	PL	U17
PIN33	PL	V17
PIN34	PL	V18
PIN35	PL	W18
PIN36	PL	W19
PIN37	PL	V20
PIN38	PL	W20
PIN39	PL	GND
PIN40	PL	GND

4.8.3 20PIN HEADER

20PIN HEADER 具备14个GPIO

表4-8-2 MiZ701 20PIN HEADER 管脚分配

PIN Name	Subsection	Zynq pin
PIN1	PL	3V3
PIN2	PL	GND
PIN3	PL	L20
PIN4	PL	M20
PIN5	PL	J19
PIN6	PL	K19
PIN7	PL	N20
PIN8	PL	P20
PIN9	PL	L19
PIN10	PL	M19
PIN11	PL	H15
PIN12	PL	G15
PIN13	PL	U20
PIN14	PL	P19
PIN15	PL	T20
PIN16	PL	R19
PIN17		GND
PIN18		NC
PIN19	PL	NC

4.9 配置

Zynq 支持多种boot 方式，当上电后，zynq 会根据模式管脚的设定选用boot的方式。Zynq支持的boot方式有：NOR, NAND, Quad-SPI, SD Card or JTAG 。默认方式是从SD卡启动。

MIO[8:2] 是模式管脚1其功能如下

· MIO[2]/Boot_Mode[3]设置JTAG模式

· MIO[5:3]/Boot_Mode[2:0] 选择Boot模式

· MIO[6]/Boot_Mode[4] 使能内部PLL

· MIO[8:7]/Vmode[1:0] 用于配置

MiZ701模式选择通过拨码开关来实现，当拨码开关ON状态接通到GND 否则接通到3V3.

MiZ701通过拨码开关设置MIO的电平状态

表4-9-1 MiZ701 模式位

这里有个疑问，众所周知zynq具有多种启动方式：NOR, NAND, Quad-SPI, SD Card 以及JTAG 。zynq如何判断到底从哪里启动呢？事实上，当上电后，zynq 会根据模式管脚的设定选用boot的方式。而这个管脚的设定是通过MiZ701按键旁的拨码开。

SD卡启动模式选择拨码开关1-2-5-6 为ON 接到GND 3-4 为OFF 上拉到VCC

QSPI FLASH启动模式选择拨码开关1-2-3-5-6为ON 接到GND 4 为OFF 上拉到VCC

MiZ701模式选择通过拨码开关来实现，当拨码开关ON状态接通到GND 否则接通到3V3.

MiZ701通过拨码开关设置MIO的电平状态

我们的开发板MiZ701默认拨码的顺序，就是默认的SD卡启动，具体参看模式位应该如何选择：

· MIO[2]/Boot_Mode[3]设置JTAG模式

· MIO[5:3]/Boot_Mode[2:0] 选择Boot模式

· MIO[6]/Boot_Mode[4] 使能内部PLL

· MIO[8:7]/Vmode[1:0] 用于配置

PUDC_B 管脚控制内部IO是上拉还是下拉，当配置成功后，核心板LD4、底板LD9会被点亮。

MiZ701的JTAG接口采用了10PIN 2.0间距的接插接口，请使用配套的接口线下载调试程序，以免损坏SOC芯片。

4.10 电源管理

输入电压5V 输出3.3V 1.8V 1.5V 1.0V 0.75V。电源方案采用了TPS62130，此芯片外围简单，转换效率高，电流可以达到3A。MAX1510ETB是专用的DDR电源管理芯片。

TPS62130电源管理方案

TPS62130电源管理方案图

MAX1510 DDR专用管理芯片方案图

五、 ZYNQ-7Z020 BANK分布

5.1如图所示为ZYNQ-7000CLG400 IOBANK 的分别情况

版本型号

版本日期	版本号	修改原因
2016-08-26	1.0	初始版本

六、 联系方式

官方论坛：http://www.osrc.cn/

淘宝旗舰店铺：http://osrc.taobao.com/

QQ群：86730608 34215299