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XILINX ZYNQ-XC7020 MPSoC实验系统

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  • 产品概述及特色
  • 商品参数

一、产品概述

本款ZYNQ FPGA嵌入式综合实验箱采用模块化分体结构设计,是面向高校电子信息、集成电路、计算机、自动化等专业的一体化教学实训平台。设备搭载Xilinx ZYNQ XC7020异构主控芯片,集成双核ARM Cortex-A9处理器与高性能FPGA可编程逻辑,完美兼容进口、国产FPGA教学体系。

平台由核心板、动态可重构IO模块、扩展基座、多功能插拔模块四部分组成,硬件架构灵活可扩,覆盖数字逻辑EDA设计、ZYNQ软硬件协同开发、ARM Linux驱动开发、机器视觉、RISC-V处理器设计等全学段实验。整机采用铝合金包边防火箱体,功耗低、稳定性强,支持双模式供电,适配课堂教学、课后实训、课程设计、毕业设计等多场景使用,是兼顾基础教学与嵌入式高阶开发的综合性实验设备。

二、特色优势

1、异构SoC双核架构,全层级教学覆盖

采用FPGA+双核ARM Cortex-A9异构架构,同时支持PL端数字逻辑电路开发、PS端嵌入式裸机开发、ARM Linux驱动开发,一站式满足从基础数电、EDA设计到高阶嵌入式系统、机器视觉、CPU架构设计的全流程教学需求。

2、模块化可重构设计,拓展性极强

独创四大分体模块化架构,标配动态可重构IO电路,硬件资源可灵活配置;全系扩展模块采用标准40芯直插接口,无需排线、快速拆装更换,维护便捷,可适配不同阶段、不同难度的实验项目,兼容多样化教学方案。

3、国产进口双兼容,适配国产化教学改革

硬件系统兼容Intel、Xilinx进口FPGA及国产FPGA器件的编程、下载与调试,可适配传统EDA教学与国产化芯片实训教学,贴合高校集成电路国产化教学改革需求。

4、接口资源齐全,高阶开发能力拉满

板载千兆网口、HDMI高清显示、USB、UART、TF卡、eMMC、QSPI Flash等丰富外设,搭配500万像素摄像头、VGA显示、矩阵键盘、LED点阵等扩展模块,支持图像采集、图像处理、网络通信、人机交互、高速数据传输等高阶实验开发。

5、触控交互一体化,实操体验直观

标配7寸电容触控彩屏,支持液晶显示、触控操作、图片渲染、视频输出,可完成液晶交互、屏幕绘图、HDMI图像显示等实操实验,硬件可视化效果强,教学演示更直观。

6、工业级箱体,安全耐用易携带

采用铝合金包边+防火绝缘面板,结构坚固抗磕碰;整机低功耗设计(<40W),支持USB、开关电源双供电模式,体积小巧、便携性强,适配实验室集中教学与学生自主实训。

7、实验资源丰富,一站式开课即用

配套数百项成熟实验项目,涵盖数电基础、EDA Verilog开发、Vitis软硬件协同、Linux驱动开发、机器视觉、RISC-V CPU设计,实验体系完整,适配本科、高职多学段课程,大幅降低教师备课难度。


一、平台参数

(一)整机基础参数

  • 输入电源:单相三线220V±10% 50Hz,支持USB供电、12V适配器双模式供电

  • 工作环境:温度-10℃~+40℃,相对湿度<85%(25℃)

  • 外形尺寸:470×31×130mm

  • 整机功耗:<40W

  • 箱体材质:铝合金包边,防火绝缘实验面板,坚固耐磨、安全防爆

(二)核心板硬件参数

  • 主控芯片:ZYNQ XC7020CLG484-2,双核ARM Cortex-A9 MPcore+FPGA可编程逻辑

  • 下载电路:板载集成USB-JTAG下载器,无需额外配置下载工具

  • 存储配置:32MB QSPI Flash、8GB eMMC、DDR3高速内存

  • 时钟资源:PL端50M时钟源,PS端33.33MHz时钟源

  • 人机外设:6组LED(3组PL端、3组PS端)、5组按键(2组PL、2组PS、1组复位键)

  • 通信接口:1路UART、1路USB HOST、1路USB2.0 SLAVE、1路TF卡、PS端千兆网口、2路BOOT配置接口

  • 显示接口:1路HDMI高清接口,适配7寸电容触摸屏

  • 扩展接口:5×40芯共177路GPIO扩展座,可拓展摄像头、各类功能模块

(三)动态可重构IO模块参数

  • 支持IO动态配置重构,灵活分配硬件逻辑资源

  • 板载外设:2组PS/2接口、蜂鸣器、温度传感器

  • 供电通信:支持USB独立供电,集成串口通信功能,即插即用

(四)扩展基座配置

  • 标配7寸TFT电容触摸彩屏,支持触控交互、高清图像显示

  • 搭载6组标准40芯扩展插槽,直插式固定模块,无需排线,拆装便捷

(五)标配扩展功能模块

  • 流水灯+交通灯模块

  • 36组按键模块

  • VGA+PS/2+SD接口模块

  • 4×4矩阵键盘模块

  • 16位开关+16位LED状态显示模块

  • 500万像素OV5640摄像头图像采集模块

二、配套教学资料

设备配套全套标准化教学资源,开箱即可开展教学,无需二次整理,极大降低教师备课、学生入门难度,适配高校常态化教学、实训、竞赛、毕业设计全场景。
  • 设备配套文档:实验箱硬件手册、设备安装说明书、环境搭建教程、软硬件部署手册、常见问题排查手册

  • 教学实训资料:全套实验指导书、配套教学PPT课件、课程教学大纲、实训教案、实验报告模板

  • 工程源码资源:所有数字逻辑、Vitis嵌入式、Linux驱动、机器视觉、RISC-V实验全套完整源码工程,可直接编译运行

  • 系统镜像资料:配套成型ZYNQ开发镜像、Petalinux系统镜像、Qt&OpenCV交叉编译环境配套资料

  • 教学视频资源:环境搭建、工程创建、代码调试、系统移植、驱动开发全套教学视频

三、全套配套实验项目参数

(一)数字逻辑与EDA Verilog实验

覆盖基础数电、Verilog硬件编程、人机交互、游戏开发、显示驱动、CPU架构基础等入门进阶实验,适配《数字电子技术》《EDA技术》课程教学。
  • 基础逻辑实验:四位二进制计数器、多路选择器、触发器实验、8/16位HDL加法器、7段译码器、数控分频器、8位原理图加法器、移位寄存器、序列检测器

  • 频率计设计:16进制频率计、10进制频率计设计

  • 综合控制实验:交通灯、倒计时交通灯、抢答器、出租车计费器、数字钟、小流水灯实验

  • 音乐与游戏实验:硬件电子琴、梁祝演奏电路、5首音乐演奏、串口通信电子琴、乒乓球游戏、PS2_piano电子琴

  • 进阶设计实验:8位乘法器、8位动态扫描、数码管秒表、按键去抖动、PLL测试、4X4键盘显示、16X16点阵实验、查找表运算器

  • 显示与通信实验:VGA图像显示、VGA五子棋游戏、UART串口收发、TF卡测试、TFT彩条实验、TFT触摸控制

  • 高阶架构实验:RISC-V 32位CPU运行与设计实验

(二)Vitis软硬件协同裸机实验

聚焦ZYNQ PL+PS协同开发,覆盖GPIO控制、中断通信、存储读写、IP核开发、图像视觉、网络通信、程序固化等高阶嵌入式裸机开发实验。
  • 基础入门实验:Hello World、MIO控制LED、MIO按键中断、AXI GPIO按键控灯

  • IP核与工程实验:自定义IP核呼吸灯、程序固化实验

  • 通信与定时器实验:UART串口中断、定时器中断实验

  • 存储读写实验:QSPI Flash读写、SD卡TXT读写、eMMC读写测试

  • 多核与数据交互:双核AMP实验、BRAM实现PS&PL数据交互、PL读写PS端DDR、AXI DMA环路测试、IP封装与接口定义

  • 显示与图像实验:VDMA驱动LCD显示、SD卡BMP图片LCD/HDMI显示

  • 机器视觉实验:OV5640摄像头LCD/HDMI显示、灰度图显示、图像二值化、中值滤波、边缘检测、照相机实验、RGB LCD画板

  • 网络与升级实验:lwip以太网echo服务器、TCP服务器性能测试、TCP远程更新QSPI Flash、摄像头以太网视频传输

(三)ARM Linux驱动开发实验

覆盖ZYNQ Linux系统搭建、内核配置、设备树开发、常用外设驱动、总线框架、网络与多媒体驱动,适配嵌入式Linux高阶实训与课程设计。
  • 系统环境搭建:ZYNQ驱动开发镜像搭建、Petalinux构建Qt&OpenCV交叉编译环境

  • 基础字符驱动:字符设备驱动、新字符设备、设备树LED驱动、GPIO子系统驱动

  • 外设驱动实验:Linux蜂鸣器驱动、按键输入、按键中断、阻塞/非阻塞IO、异步通知

  • 设备驱动框架:platform设备驱动、设备树platform驱动、Linux LED驱动框架、misc设备驱动

  • 总线与子系统:Input子系统、I2C总线、RTC驱动、SPI总线、PWM驱动

  • 高阶驱动实验:网络设备驱动、触摸屏驱动、看门狗驱动、USB驱动开发

  • 内核进阶:Linux并发与竞争机制原理与实操实验


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