Android设备通过usb控制zedboard产生pwm波实验

一、实验目的

安卓设备如安卓平板，通过usb与zedboard通信，在安卓设备端控制zedboard端产生的pwm波的频率和占空比。

示意图如下图所示：

图1. 实验示意图

二、实验方案

安卓设备作为usbhost，在安卓端开发一个简单的app，带有简单的UI，如pwm波频率、占空比设置按钮。该app检测usb设备是否插入，若有设备插入，获取端点号，通过收发信息。

Zedboard作为usb device。Zedboard官方给出的资料比较散和少（相对其他嵌入式学习套件），故通过修改ZedBoard_Standalone_USB_Device_Tutorial_14_6_01（zedboard设计案例，在zedboard.org可以下）来实现。在ZedBoard_Standalone_USB_Device_Tutorial_14_6_01中，zedboard模拟一个usb massstorage类设备（U盘）。故本实验安卓设备和zedboard的通信过程模拟读写U盘的过程。

在Zedboard的zynq芯片PS部分实现pwm波比较简单，为了了解zynq芯片软硬件的协同开发流程，决定在PL（FPGA）部分实现PWM。

实验方案框图如下图所示：

图2.方案框图

三、实验过程

1. zedboard端

1.1 用户IP核设计

该部分主要参考陆佳华的《嵌入式系统软硬件协同设计实战指南》一书和网上的一些blog。但是在做的过程中还是有很多需要注意的地方。

1.1.1 AXI PWM设计

在vivado2014.2中建立RTLproject，目标板选择zedboard.

在Tools->Create and Package创建用户ip.

创建完在IP Catalog中打开IP管理器，可以看到添加的AXI PWM。编辑用户IP。

编辑完用户IP记得要Review and Package。

1.1.2 添加用户IP

回到系统工程界面，单击Create Block Design创建新的Block Design。

添加IP，如下图所示。

这里要注意了。

图3. Block diagram

添加完ZYNQ _Process IP，双击该IP进入设置。

在设置界面的Presets设置项选择zedboard。

连线。

选取工程中.bd文件单击Generate Output Products和Create HDL Wrapper。

添加约束文件Add or Create Constraints。

Generate Bitstream.

Export->Export hardware, lauch SDK.要Include bitstream文件哦。

新建一个hello world工程。

导入pwm driver,选择XilinxTools->Repositories，浏览到axi_pwm目录下。

右键xxx_bsp，选择Board Support PackageSetting。找到axi_pwm_0，选择axi_pwm。

正常情况下SDK工程目录下：

然后可以在hello.c中写点pwm测试代码了。

1.2 usb Tutorial移植和修改

在ZedBoard_Standalone_USB_Device_Tutorial_14_6_01包doc目录下有该案例的参考文档，参照文档描述的步骤即可成功地在zedboard上运行该程序。将运行了该程序的zedboard通过usb连接到电脑（一般电脑都会有U盘驱动的吧），会被电脑识别成一个USB Mass Storage设备，可以读写。如果电脑所做的事情安卓平板也能做，那不就可以实现USB通信了？

USB方面的基础知识可通过阅读《USB2.0与OTG规范及开发指南》了解。

ZedBoard_Standalone_USB_Device_Tutorial_14_6_01案例程序流程图如下图所示：

在ZedBoard_Standalone_USB_Device_Tutorial_14_6_01案例中，zedboard作为usb device初始化了两个端点，端点0和1，端点0用作控制传输，端点1用作批传输。端点0或1收到package会产生事件（Event），使用回调函数处理事件。在端点0事件的处理函数中，需要处理setup包。Setup过程是USB通信建立连接的过程，setup不成功，通信就进行不下去了。标准设备（STD DEV）setup host端大概过程如下图所示：

在端点1事件的处理函数中，主要根据USBmass storage device协议处理CBW包。协议可参考：http://blog.csdn.net/leo_wonty/article/details/7418261

因为大多数设备像PC基本都安装了USB标准设备的驱动，故我们利用标准设备协议建立连接，数据传输阶段可以根据需要自定义传输协议。在此例中我们在建立连接的过程中模拟一个存储设备，但在数据传输过程中自定义了传输命令等。

1.3 制作裸机boot.bin

在Export->Export hardware过的SDK工程中新建一个新工程，这次新建的是fsbl（First Stage Boot Loader）工程，编译产生一个fsbl.elf。新建的这个fsbl工程必须关联整个系统的hw_platform。

Fsbl主要作用：PS端初始化；使用bit文件对PL进行配置；加载SSBL或者裸跑程序；跳转执行SSBL或者裸跑程序。

右键fsbl工程，Create Boot Image，生成一个BOOT.BIN文件，这里需要fsbl产生的elf文件，pl的文件.bit，helloworld.elf（裸跑程序,如果不是裸跑就是boot.elf）。

如下图，制作boot.bin添加需要的文件的顺序不能乱。先fsbl.elf，.bit，后helloworld.elf或者boot.elf。三者的Partition type依次选择bootloader,datafile, datafile。

Creat Image后将boot.bin拷至SD卡插到zedboard设置SD卡启动即可。

2. Android平板端