2.2 基于ultrascale 架构FPGA的system manager wizard使用（温压监测）
Reference： 《PG185》《UG580》
部分文案源于网友博客，AIGC和个人理解，如有雷同纯属抄袭
一、介绍
简述：
Xilinx System Management Wizard 是 Vivado 和 Vitis 工具中的一个图形化配置工具，主要用于为 FPGA 设计生成与系统监控和管理相关的 IP 核。这个工具帮助用户配置和集成诸如温度监控、电压监控、时钟监控、外部模拟输入等功能到 FPGA 设计中。它支持AXI4-Lite 与 DRP 接口
主要功能：
- 温度和电压监测：
- 内建传感器：支持 FPGA 内部温度、VCCINT（核心电压）、VCCAUX（辅助电压）、VCCBRAM（BRAM 电压）等电压和温度监测。通过 SYSMON 进行实时数据采集。
- 外部模拟输入：可通过 XADC 和 SYSMON 配置外部传感器的数据采集，支持多通道模拟输入，进行温度、电压、压力等数据监测。
- 警报系统：
- 设置不同的警报阈值（如温度、电压等）以确保系统在出现异常时触发警报。
- 支持对温度、电压等信号设置高低阈值，并在超出预定阈值时触发警报（如 Over Temperature Alarm 和 User Temperature Alarm）。
最大时钟频率：
二、原理
（1）架构框图
1. System Management Wizard（启用AXI Lite 接口时）
此模块框图展示了AXI-Lite接口 与 控制管理模块 与 SYSMON硬件核心模块（含ADC）SYSMON硬件宏（Hard Macro） 是指在硬件设计中，特别是在 FPGA 或 ASIC 设计中，作为一个已实现的、封装好的功能模块，通常是经过优化的硬件单元或模块。
2. SYSMON 架构框图
- 模拟输入源 与MUX
- ADC功能模块 与VREF
- 寄存器空间 含measurement data
- DRP接口
3. SYSMON Register Space
- DRP允许访问多达256个16位寄存器（DADDR[7：0] = 00h至FFh）。
- 接入位置DADDR[7：0] = 00h至3Fh和DADDR[7：0] = 80h至FFh为只读位置，包含ADC测量数据，这些寄存器是状态寄存器。
- 控制寄存器位于地址40h至7Fh，可通过DRP读取或写入。
（2）端口说明
1. 控制和状态通道（Control and Status Channels）
- s_axi_aclk：AXI 时钟信号，用于同步所有 AXI 操作。
- s_axi_aresetn：异步复位信号，通常是低有效信号。
2. AXI写操作通道（Write Channel）
- s_axi_awaddr[12:0]： 写操作的地址信号，指示要写入的寄存器地址。
- s_axi_awvalid： 指示写地址是否有效。
- s_axi_awready： 响应信号，表示写地址是否准备好。
- s_axi_wdata[31:0]： 写数据信号，包含待写入的 32 位数据。
- s_axi_wstrb[3:0]： 字节使能信号，指示哪些字节有效。
- s_axi_wvalid： 写数据有效信号，指示写数据是否有效。
- s_axi_wready： 响应信号，表示写数据是否准备好。
- s_axi_bresp[1:0]： 写响应信号，指示写操作的结果，如成功或失败。
- 它可以指示成功（例如 OKAY）或错误状态（例如 SLVERR）。
- s_axi_bvalid： 写响应有效信号，指示写响应是否有效。
- s_axi_bready： 从设备准备好接收写响应信号。
3. AXI读操作通道（Read Channel）
- s_axi_araddr[12:0]： 读操作的地址信号，指示要读取的寄存器地址。
- s_axi_arvalid： 读地址有效信号，指示读地址是否有效。
- s_axi_arready： 响应信号，表示读地址是否准备好。
- s_axi_rdata[31:0]： 读数据通道，返回读取的数据。
- s_axi_rresp[1:0]： 读响应信号，指示读取操作的结果。
- s_axi_rvalid： 读数据有效信号，指示读数据是否有效。
- s_axi_rready： 从设备准备好接收读数据的信号。
4. 其他flag信号（External Signals and Inputs）
- vp、vn：外部模拟信号输入，通常与 XADC 或 SYSMON 模块结合使用，读取模拟传感器数据。
- user_temp_alarm_out、vcint_alarm_out、vccaux_alarm_out 等：报警信号输出端口，指示温度、电压等传感器的警报状态。
- eoc_out、alarm_out、eos_out：系统监控信号，指示 ADC 转换结束、报警状态或序列结束等。
- busy_out：忙碌信号，指示系统是否正在进行数据采集或处理。
详见PG185 table 2-1
- channel_out：单通道或外部多路复用器工作模式下，表示所选ADC输入通道
详见UG580 table 3-6
（3）地址寄存器
1. AXI4-Lite address （13 bits）映射至SYSMON （8 bits）:
SYSMON 寄存器地址左移2位，地址值放大了4倍（PG185 table 2-3）
2.SYSMON Registers Address
（4）读时序图
三、IP核配置（例：监测温度电压 AXI4lite输出）
（1）Basic
1. Startup Channel Selection
- Single Channel：如果您只需要监测单个通道的模拟输入，可以选择这个选项。适合简单的应用，例如只监测芯片的温度或者单一电压。
- Channel Sequencer：如果您需要同时监测多个通道，并按顺序采样，可以选择这个选项。对于更复杂的应用，如监测多个电压或传感器的数据，使用 Channel Sequencer 会更合适。
选择Channel Sequencer，按顺序采样不同通道
2. Sequencer Mode
- Continuous：如果您希望 ADC 连续不断地进行采样（例如，在监测过程中不断更新数据），可以选择 Continuous 模式。这适合于实时数据监测应用。
- Event：如果您只希望在特定的事件发生时采样数据，可以选择 Event 模式。这适用于事件驱动的应用，采样仅在特定事件发生时才会启动。
选择Continuous
3. Channel Averaging
- None：如果不需要对采样结果进行平均，可以选择 None。这种配置将每次采样的值直接输出。
- Averaging：如果您希望减少噪声并提高测量的稳定性，可以启用通道平均功能。这对于高噪声环境中的信号采集很有用。
建议开启，可选择16（内部存在寄存器表示采样数量 UG580）
4. DRP Timing Options
- DCLK Frequency：设置动态时钟频率，这个值控制数据转换的时钟频率，影响 ADC 的响应速度。您可以选择100 MHz，或者根据您的需求调整。
- ADC Conversion Rate (KSPS)：设置 ADC 的转换速率，单位是千样本每秒 (KSPS)。200 KSPS 是一个适中的值，适合许多应用。
- Acquisition Time (CLK)：这是每个采样周期的时钟周期数，可以根据您的采样精度要求来调整。值为 4 表示每次采样需要 4 个时钟周期。
默认即可
（2）片上模拟信号源选取（系统），及警报阈值配置
1. Reference Used by SYSMON 基准电压选取
- Internal 选择 FPGA 内部的参考电源。
- External 选择 外部电压源作为参考。
选择Internal即可！注：该基准电压的选择会影响ADC测算的性能精度，详见UG580 - Reference Inputs (VREFP and VREFN)
2. 温度警报的 Trigger 和 Reset
- Trigger 是温度达到或超过指定阈值时激活警报。
- Reset 是温度降低到一定水平时警报被重置或关闭。
3. 电压的警报阈值配置
- Lower：低于该值时会触发警报。
- Upper：超过该值时会触发警报。
（3）片上模拟信号源选取（用户）
配置方式类似于（2）此页不做额外配置
（4）外部通道功能选择
- External Multiplexer：如果需要从外部模拟源获取信号，可以启用此项，并选择 VP VN 或其他外部输入信号作为通道。
- Channel Enable：根据需要启用相应的通道。如果只需要采集 vp/vn，则启用对应的通道。
- Average Enable：如果需要对采样值进行平均，启用此选项。如果不需要平滑数据，则不启用。
- Bipolar：仅在您需要采集正负电压信号时启用该选项。
- Acquisition Time：设置适当的采样时间，根据您的应用需求选择合适的时钟周期。
默认即可
（5）仿真设置
不详，暂不配置使用
四、输出数据处理
（1）数据精度：
1.SYSMON数据寄存器输出
ADC转换结果以16bits精度存储于寄存器中
2.数据输出映射 32 bits DRP 寄存器
由于这些寄存器宽 16 位，但处理器数据总线宽 32 位，因此硬宏寄存器数据驻留在 32 位数据总线的较低 16 位上。
（2）转换公式选取：
1.Temperature ADC
- 确定FPGA架构（ultrascale）选取（SYSMONE１）
- 确定ADC的参考电压源为 external OR on-chip （IP 配置过程选择）
- 根据ADC输出数据精度 1０ 位精度 OR 16 位精度 ＞＞ 确定公式中２＾bits
- 选取转换公式2-7
2.Voltage ADC
- 确定所测电压衰减系数为3，（衰减系数为6时为特殊情况，详见下文）
- 确定ADC输出数据精度 1０ 位精度 OR 16 位精度 ＞＞ 确定公式中２＾bits
- 选取转换公式2-15
五、仿真
配置完IP后，即可右键IP打开示例工程，直接进行仿真查看选定通道的ADC转换结果依次输出
六、Debug
（1）dashboard
xlinx官方自带sys_mon系统监测功能无需下板，连接设备后，右键选择器件启动dashboard ，即可实时查看芯片内部数据可将处理后的输出数据与此对照检测
（2）上板验证ILA抓取温度数据
输入读地址通道为 'h0400 温度寄存器地址待复位完毕后，读出valid时刻数据经转换公式结果计算得温度为26.94°C与dashboard结果几乎一致
