Download
Share
Print this page
Digilent Genesys ZU Reference Manual
  1. Manuals
  2. Brands
  3. Digilent Manuals
  4. Motherboard
  5. Genesys ZU
  6. Reference manual

Digilent Genesys ZU Reference Manual

Hide thumbs

Advertisement

Quick Links

Download this manual
 
 
Genesys ZU Reference Manual 
TL;DR 
The black matte board you are holding in your hand is a prototyping and evaluation board proudly 
designed by Digilent. At its heart is a Xilinx Zynq UltraScale+ MPSoC ARM‐FPGA hybrid, coupled with 
upgradeable memory, network and multimedia interfaces, and a wide variety of expansion connectors 
making it a versatile computing platform.  
Available in two variants, 3EG and 5EV, differentiated by the MPSoC model and some peripherals. If the 
fan sticker says 5EV, on top of 3EG you get slightly faster DDR4, more FPGA, video codec and GTH 
transceivers allowing HDMI Source, Sink and SFP+ 10G.  
Used stand‐alone with a hearty bundle in the box, powered by the 12V power supply, it straight up 
boots Linux from the microSD card. Connect the USB micro B cable to a PC and open a terminal (115200‐
8‐N‐1) to the first COM port out of the two that appear. Login and password are both "root". The red 
button labeled "POR" always resets the MPSoC and starts the boot process again.  
Want to dive deep into development? Head over to our GitHub page and use the repos there as a 
starting point. Build your own boot image on the SD card and boot it like the OOB demo. Not enough? 
Connecting the JTAG‐HS1/HS2 cable to header J28 will allow for on‐the‐fly programming and debug 
using Xilinx Vivado and SDK.  
 
The Digilent Genesys ZU is a stand‐alone Zynq UltraScale+ MPSoC prototyping and development board. 
It is an advanced computing platform with powerful multimedia and network connectivity interfaces. 
The excellent mix of on‐board peripherals, upgrade‐friendly DDR4, Mini PCIe and microSD slots, multi‐
camera and high‐speed expansion connectors are bound to support a wide number of use‐cases. 
Furthermore, the Genesys ZU is available in two variants with different MPSoC options and additional 
features for even more flexibility. Differences are highlighted* throughout this document.  
The Xilinx Zynq UltraScale+ MPSoC at the heart of the Genesys ZU is a big leap from the Zynq‐7000 
series. Faster and more processor cores, upgraded memory interface, integrated gigabit transceivers 
bring support for DDR4, USB Type‐C 3.1, PCIe, SATA, DisplayPort, SFP+* and HDMI*. The Genesys ZU is 
primarily targeted towards Linux‐based applications that allows easy access to Wi‐Fi, cellular radio 
(WWAN), SSD, USB SuperSpeed and 4K video. The bundled microSD card includes an out‐of‐box demo 
that boots a Linux image built in Petalinux and includes some test scripts for some of the peripherals.  

Advertisement

loading
Need help?

Need help?

Do you have a question about the Genesys ZU and is the answer not in the manual?

Questions and answers

Related Manuals for Digilent Genesys ZU

Summary of Contents for Digilent Genesys ZU

  • Page 1     Genesys ZU Reference Manual  TL;DR  The black matte board you are holding in your hand is a prototyping and evaluation board proudly  designed by Digilent. At its heart is a Xilinx Zynq UltraScale+ MPSoC ARM‐FPGA hybrid, coupled with  upgradeable memory, network and multimedia interfaces, and a wide variety of expansion connectors  making it a versatile computing platform.   Available in two variants, 3EG and 5EV, differentiated by the MPSoC model and some peripherals. If the  fan sticker says 5EV, on top of 3EG you get slightly faster DDR4, more FPGA, video codec and GTH  transceivers allowing HDMI Source, Sink and SFP+ 10G.   Used stand‐alone with a hearty bundle in the box, powered by the 12V power supply, it straight up  boots Linux from the microSD card. Connect the USB micro B cable to a PC and open a terminal (115200‐ 8‐N‐1) to the first COM port out of the two that appear. Login and password are both “root”. The red  button labeled “POR” always resets the MPSoC and starts the boot process again.   Want to dive deep into development? Head over to our GitHub page and use the repos there as a  starting point. Build your own boot image on the SD card and boot it like the OOB demo. Not enough?  Connecting the JTAG‐HS1/HS2 cable to header J28 will allow for on‐the‐fly programming and debug  using Xilinx Vivado and SDK.     The Digilent Genesys ZU is a stand‐alone Zynq UltraScale+ MPSoC prototyping and development board.  It is an advanced computing platform with powerful multimedia and network connectivity interfaces.  The excellent mix of on‐board peripherals, upgrade‐friendly DDR4, Mini PCIe and microSD slots, multi‐ camera and high‐speed expansion connectors are bound to support a wide number of use‐cases.  Furthermore, the Genesys ZU is available in two variants with different MPSoC options and additional  features for even more flexibility. Differences are highlighted* throughout this document.   The Xilinx Zynq UltraScale+ MPSoC at the heart of the Genesys ZU is a big leap from the Zynq‐7000  series. Faster and more processor cores, upgraded memory interface, integrated gigabit transceivers  bring support for DDR4, USB Type‐C 3.1, PCIe, SATA, DisplayPort, SFP+* and HDMI*. The Genesys ZU is  primarily targeted towards Linux‐based applications that allows easy access to Wi‐Fi, cellular radio  (WWAN), SSD, USB SuperSpeed and 4K video. The bundled microSD card includes an out‐of‐box demo  that boots a Linux image built in Petalinux and includes some test scripts for some of the peripherals.  ...
  • Page 2       Features  Feature group   Sub‐feature   Genesys ZU ‐3EG   Genesys ZU ‐5EV   Zedboard   APU   Quad A53   Dual A9   ✘   RPU   Dual R5   DDR3, 512MB,  DDR4, 4GB, 1866  DDR4, 4GB, 2133  Main Memory   1066 MT/s,  Processor   MT/s, upgradeable   MT/s, upgradeable   soldered   ✘   GPU   ✔   ✘   ✘   Video Codec   ✔   Programmable  # of logic cells   154K   256K   85K   logic   USB Type‐C 3.1 Gen1  ✘   ✔   Dual‐Role Device  ...

  • Page 3: Network Connectivity

    Feature group   Sub‐feature   Genesys ZU ‐3EG   Genesys ZU ‐5EV   Zedboard   Ethernet 1G w/ IEEE  ✘ (w/o IEEE 1588)  ✔   1588   Network  WLAN / WWAN /  ✘   option ‐ MiniPCIe   connectivity   LoRa   SFP+ 10G Ethernet   ✘   ✘   ✔   SD   104 MB/s   25 MB/s   ✘   SSD   option ‐ mSATA   Storage   Flash   ISSI 256 Mib SNOR   128 Mib   ✘   DisplayPort   1.2a Dual‐Lane   ✘   Pcam   2 x Dual‐Lane   ✘   Multimedia   HDMI Source   ✔   ✔   ✘  ...
  • Page 4   Figure I: Genesys ZU‐3EG callout diagram  Callout with Description   Callout    Callout  Callout  Description   Description   Description   #   #   #    6‐pin PCIe power  1   13   Coin battery retainer   25   Type‐C USB 3.1   connector   2    External JTAG port   14   Pmod headers   26   Power switch     Dual digital/analog  Zynq Ultrascale+, heat  3   USB JTAG/UART port   15   27   Pmod   sink and fan  ...

  • Page 5: Software Support

      Wireless and SSD  9   Reset buttons   21       activity LEDs    INIT, DONE, ERR and  10   22   MicroSD Card Slot       STS Leds    Zmod (SYZYGY)  11   23   Mini DisplayPort       connector   12    FMC LPC connector   24   1G Ethernet port         Software Support  Zynq UltraScale+ MPSoC platforms are well‐suited to be embedded Linux targets, and the Genesys ZU is  no exception. Digilent provides a Petalinux project that was used to build the out‐of‐box image.   The Genesys ZU is fully compatible with Xilinx’s high‐performance Vivado® Design Suite HL WebPACK™  Edition. This tool set melds FPGA logic design and embedded ARM software development into an easy  to use, intuitive design flow. It can be used for designing systems of any complexity, from a complete  operating system running multiple server applications, down to a simple bare‐metal program that  controls some LEDs. It is also possible to treat the MPSoC as a standalone FPGA for those not interested  in using the processor in their design. The two MPSoC parts the Genesys ZU is available with, XCZU3EG  and XCZU5EV, are supported under Vivado's free WebPACK™ license, which means the software is  completely free to use, including the Logic Analyzer and High‐level Synthesis (HLS) features. The Logic ...
  • Page 6 MIPI CSI‐2/Pcam   PL soft‐core, MIPI CSI Controller Subsystems, bundled voucher   2019.1  DisplayPort controller   PS hard‐core, WebPACK built‐in   2019.1  Ethernet 1G   PS hard‐core, WebPACK built‐in   2019.1  USB 2.0/3.0   PS hard‐core, WebPACK built‐in   2019.1  PCIe Root/Mini PCIe   PS hard‐core, WebPACK built‐in   2019.1  SATA/mSATA   PS hard‐core, WebPACK built‐in   2019.1  On‐board Wi‐Fi/SPI  PS hard‐core, WebPACK built‐in, open‐source Linux driver   2019.1  controller   SFP+*   PL soft‐core, 10G/25G Ethernet Subsystem, license required   2019.1  HDMI 2.0 Source/Sink*   PL soft‐core, HDMI Subsystem, license required   2019.1  PL soft‐core, WebPACK built‐in, requires protocol‐implementation like  Video PHY Controller*   2019.1  the HDMI Subsystem above, supported by 5EV only   The initial Vivado version supported by Digilent for Genesys ZU‐related projects is 2019.1. Digilent  currently does not provide hardware platforms or examples for Xilinx's Vitis Unified Software Platform,  however Vitis support is planned for the near future.   Design resources, example projects, and tutorials are available for download at the Genesys ZU  Resource Center.      ...
  • Page 7 Zynq UltraScale+ MPSoC Architecture  Zynq UltraScale+ MPSoC is the Xilinx second‐generation Zynq platform, combining a powerful processing  system (PS) and user‐programmable logic (PL) into the same device. The Zynq UltraScale+ Processing  System core acts as a logic connection between the PS and the Programmable Logic (PL) while assisting  you to integrate customized and integrated IP cores with the processing system using the Vivado IP  integrator. As you may see in the picture below, the processing system features the Arm flagship Cortex  ‐A53 64‐bit quad‐core running up to 1.5GHz and Cortex‐R5 dual‐core real‐time processor along with  other interfaces such as: DDR Memory Controller, High‐Connectivity, General Connectivity, System  Functions etc. The Zynq UltraScale+ MPSoC Processing System wrapper instantiates the processing  system section of the Zynq UltraScale+ MPSoC for the programmable logic and external board logic. The  wrapper includes unaltered connectivity with the ones presented above.     Figure II: Zynq UltraScale+ EG  The PS and PL can be coupled with multiple interfaces and other signals to effectively integrate user‐ created hardware accelerators and other functions in the PL logic that are accessible to the processors.  The interfaces between the processing system and programmable logic mainly consist of three main  groups: the extended multiplexed I/O (EMIO), programmable logic I/O, and the AXI I/O groups. Besides  those, there are up to 78 Multiplexed I/O (MIO) ports available from the processing system. The 78 MIO  signals are divided into three banks, and each bank includes 26 device pins. Each bank (500, 501, and  502) has its own power pins for the hardware interface.  ...
  • Page 8 MIO 0‐25 : Bank 500   MIO  500  Peripherals  3.3  V  Mini  DDR4  MIO  O  8‐bit I/O  Pin   QSPI   PCIe /  SODI Butt WI‐FI   UART   I2C MUX  USB 3.0   Expander   SATA   MM   ons   D  QSPI_SCLK 0                     0OUT   1   QSPI_D1        ...
  • Page 9 PORTEXP_RES 13                     ETN   14     PORTEX_SSN                  15     WIFI_SSN                   WIFI_PORTEX WIFI_PORTEX 16          ...
  • Page 10 27   ETH_TX_D0     28   ETH_TX_D1     29   ETH_TX_D2     30   ETH_TX_D3     31   ETH_TX_CTL     32   ETH_RX_CLK     33   ETH_RX_D0     34   ETH_RX_D1     35   ETH_RX_D2     36   ETH_RX_D3     37   ETH_RX_CTL     38   ETH_INTN_PWDNN    39   SDIO_SEL     40   SDIO_DIR_CMD  ...
  • Page 11 51   SDIO_R_SCLK      MIO 52‐77 : Bank 502   MIO 502 1.8V  P eripherals  Pin   USB 2.0   Ethernet   52   USB20_CLK     53   USB20_DIR     54   USB20_DATA2     55   USB20_NXT     56   USB20_DATA0     57   USB20_DATA1     58   USB20_STP     59   USB20_DATA3     60   USB20_DATA4     61   USB20_DATA5     62  ...

  • Page 12: Functional Description

    71   USB20H_DATA3    72   USB20H_DATA4    73   USB20H_DATA5    74   USB20H_DATA6    75   USB20H_DATA7    76   ETH_MDC    77   ETH_MDIO        Functional Description  1. Power Supplies  1.1. Power Input  The Genesys ZU power distribution network was designed to meet the specific requirements of Xilinx  Zynq UltraScale+ MPSoCs and of the supported peripheral devices. Power to the board is provided via a  2×3 PCIe ATX power connector. Xilinx evaluation boards use a pinout that is not compatible with ATX,  therefore mixing power supplies is not possible. The bundled supply is 12V 60W‐100W, depending on  variant. The board power supplies are turned on or off with the SW5 slide switch.     1.2. Power Specifications  Figure 1.2.1 gives an overview of the Genesys ZU power distribution network.  ...
  • Page 13   Figure 1.2.1: Genesys ZU power distribution network and supply sequencing  Note: The VCC0V9_MGTAVCC* and VCC0V9_VCU* rails are not used on the Genesys ZU‐3EG variant.   When the board is turned on, the 12V input voltage provided by the bundled PCIe ATX supply is filtered  and fed to the series MOSFETs of the protection circuit. The LM5060 IC monitors the input voltage and  the current drawn by the entire board. If an input overvoltage/undervoltage or an overcurrent condition  is detected, the LM5060 isolates the VCC12V0 net from the external supply by turning off the series  MOSFETs.   During normal operation the MOSFETs provide a low impedance path and the VCC12V0 net is correctly  biased with 12V. This voltage serves both as output rail for the FMC port and power input for  downstream voltages.   Table 1.2.1 describes the list of power supply rails implemented on Genesys ZU. This table can be used  to estimate the available power budget for a given project.   Table 1.2.1: Genesys ZU power rails   Max  Voltage Rail   Generated from Min/Typ/Max Voltage   Used for   current ...
  • Page 14 12V power  FMC, power input for  VCC12V0   12V+‐5%   8.5A   input   other rails   IC81+IC80 ,  VCC5V0_STABLE   VCC12V0   5V+‐5%   0.306A   VCC3V3_STABLE   SYZYGY, RGB LED,  VCC5V0   VCC12V0   5V+‐5%   4A   Audio, USB‐s, HDMI Rx  AUX   Platform MCU, Supply  I2C pull‐ups, FMC, SFP,  VCC3V3_STABLE   VCC5V0_STABLE  3 .16V / 3.3V / 3.465V   0.224A   HDMI Clock, PCIe  REFCLK   DDR4 VDDSPD (I2C  interface), PCAMs,  LEDs, SFP, HDMI, FMC,  FPGA Internals,  VCC3V3   VCC12V0   3.154V / 3.3V / 3.4V   7.64A   SYZYGY, PMODs, PCIe,  SD Card, WI‐FI, USB  3.0, USB 2.0 Hub, USB  Config, Display Port, ...
  • Page 15 VCC1V1   VCC1V8_AUX   1V/ 1.1V/ 1.155V   0.49A   Ethernet, HDMI   FPGA Internals (5EV  VCC0V9_MGTAVCC*   VCC12V0   0.873V / 0.9V / 0.927V   0.55   variant only)   FPGA Internals (5EV  VCC0V9_VCU*   VCC12V0   0.873V / 0.9V / 0.927V   2A   variant only)   VCC0V85_PSMGTRAVCC  V CC2V7_LDOIN  0.825V / 0.85V /0.875V   0.3A   FPGA Internals   VCC0V85_INT   VCC12V0   0.825V / 0.85V / 0.875V   11A   FPGA Internals   0.6V (0.49xVCC1V2_PSDDR‐ VTT0V6   VCC1V2_PSDDR  0.02V…  1A   DDR4 VTT   …0.51xVCC1V2_PSDDR+0.02V)  0.6V (0.49xVCC1V2_PSDDR…  DDR4 reference  VREF0V6   VCC1V2_PSDDR  0.01A   …0.51xVCC1V2_PSDDR)  ...
  • Page 16 A similar trigger mechanism applies to the third (PGOOD2=En3) and the fourth (PGOOD3=En4) voltage  groups as illustrated in Figure 1.2.1. The fourth group also includes the dedicated DDR4 power supply  with all its output voltages.  If all voltages from the fourth group have succesfully reached their designed values, their power‐good  (PG_ALL) lights up the green Main Power ON LED (LD20). At this point the board is fully functional.   Note: the VADJ rail is controlled separately by the platform MCU that must first set VADJ depending on  the peripherals using those voltage. VADJ is in the fourth start‐up group but it is conditioned by a valid  EN_VADJ_CTRL signal generated by the platform MCU.     Sliding the SW5 switch to the OFF position disables the power supplies by pulling INPUT_PGD to ground.  The capacitor C405 connected to the EN terminal of the LM5060 monitoring IC delays the VCC12V0 turn  off with approximately 200ms until all power supplies have been safely powered off.     2. MPSoC Boot Process    Figure 2.1: Genesys ZU Boot Diagram  2.1. JTAG Boot Mode  JTAG is the most important component of the debug features for software and PL development. The  JTAG architecture has three Test Access Port (TAP) controllers:   PS TAP (main PS controller with IDCODE) ...
  • Page 17 PL TAP (used for PL configuration and boundary scan)  DAP (used for ARM debugging, Real time processing unit (RPU) and Application Processing Unit (APU))  Taking into account this architecture, when placed in JTAG boot mode, the processor (APU) will wait  until software is loaded by a host computer using the Xilinx tools. After software has been loaded, it is  possible to either let the software begin executing, or step through it line by line using Xilinx SDK.   It is also possible to directly configure the PL over JTAG, independent of the processor. This can be done  using the Vivado Hardware Server.   The Genesys ZU is configured to boot in Cascaded JTAG mode, which allows the PS to be accessed via  the same JTAG port as the PL.   You need a JTAG programmer to connect into the JTAG chain of the Genesys ZU. There is an on‐board  USB‐JTAG controller for which Vivado support is expected in version 2020.1. Until built‐in Vivado  support is available a Digilent JTAG‐HS1 or JTAG‐HS2 programming cable will be bundled with the kit.  This cable connects to the 6‐pin header J28 and is already supported by Vivado.   Connecting both the on‐board programmer and the bundled programming cable to the PC might cause  conflict in Vivado Hardware Server with not the right cable being opened and no targets being found.  The solution is launching Hardware Server manually before any connection attempt is made, or after  killing any automatically launched instances of hw_server.exe. Launching Hardware Server manually can  be done from the Vivado Tcl Shell using the command below.   Vivado% hw_server ‐e "set jtag‐port‐filter 210205,210249"  WARNING: [Common 17‐259] Unknown Tcl command 'hw_server ‐e set jtag‐port‐filter 210205,210249'  sending command to the OS shell for execution. It is recommended to use 'exec' to send the command  to the OS shell.    ****** Xilinx hw_server v2019.1    **** Build date : May 24 2019 at 15:13:31      ** Copyright 1986‐2019 Xilinx, Inc. All Rights Reserved.    INFO: hw_server application started  INFO: Use Ctrl‐C to exit hw_server application    INFO: To connect to this hw_server instance use url: TCP:<hostname>:3121 ...
  • Page 18 Vivado Hardware Server is launched in the shell and will be listening until the shell is closed. All other  Xilinx tools will automatically connect to this instance of the Hardware Server.   For more details about JTAG see “JTAG Functional Description” section in Zynq UltraScale+ Device  Technical Reference Manual (UG1085).     2.2. microSD Boot Mode  The Genesys ZU supports booting from a microSD card inserted into connector J9. The SD supported  version is 3.0. This boot mode suport FAT 16/32 file systems for reading the boot images. Image search  for multi‐boot is supported. For SD boot mode, the boot image file should be at the root of first partition  of the SD card (not inside any directory). The following procedure will allow you to boot the Zynq  UltraScale+ from microSD with a standard Zynq UltraScale+ Boot Image created with the Xilinx tools:   Format the microSD card with a FAT32 file system.  Copy the Zynq UltraScale+ Boot Image created with Xilinx SDK to the microSD card.  Rename the Zynq UltraScale+ Boot Image on the microSD card to BOOT.bin.  Eject the microSD card from your computer and insert it into connector J9 on the Genesys ZU.  Attach a power source to the Genesys ZU.  Place a single jumper on JP3, shorting the pins labeled “SD”.  Turn the board on. The board will now boot the image on the microSD card.  For more details about SD boot mode see “SD Boot Mode” section in Zynq UltraScale+ MPSoC Software  Developer Guide (UG1137).     2.3. Quad SPI Boot Mode  The Genesys ZU has an on‐board 256Mbit Quad‐SPI Flash from ISSI that the Zynq UltraScale+ can boot  from. Documentation available from Xilinx describes how to use Xilinx SDK to program a Zynq  UltraScale+ Boot Image into a Flash device attached to the Zynq UltraScale+. Once the Quad SPI Flash  has been loaded with a Zynq UltraScale+ Boot Image, the following steps can be followed to boot from  it:   Attach a power source to the Genesys ZU.  Place a single jumper on JP3, shorting the two center pins (labeled “QSPI”).  Turn the board on. The board will now boot the image stored in the Quad SPI flash. ...
  • Page 19 For more details about Quad SPI boot mode see “QSPI24 and QSPI32 Boot Modes” section in Zynq  UltraScale+ MPSoC Software Developer Guide (UG1137).     2.4. USB Boot Mode  It is the only boot mode apart from JTAG where the MPSoC takes a slave role. It shows up as a DFU  (Device Firmware Upgrade) USB device to the PC, waiting for a configuration. Using this boot mode you  will be able to load the newly created image on Zynq UltraScale+ via the USB Port. For more details see  the “Boot Sequence for USB Boot Mode” mode in Zynq UltraScale+ MPSoC: Embedded Design Tutorial  (UG1209).     2.5. Status LEDs  The Genesys ZU has four status LEDs:   ERR : it is asserted for accidental loss of power, a hardware error or an exception in the Platform  Management Unit (PMU);  STS : it is asserted in secure lockdown state;  INIT : indicates the PL is initialized after the power‐on reset (POR);  DONE : it is asserted when the PL configuration is completed;  For more details about configuration pins see “Clock, Reset, and Configuration Pins” section in Zynq  UltraScale+ Device Technical Reference Manual (UG1085).   3. Main Memory  Main memory is a single‐slot populated DDR4 SODIMM, always upgradeable by the user. It is wired to  the PS (Processing System) side using the hard‐core memory controller. The bundled module is a 4GiB  Kingston HyperX HX424S14IB/4. Although the module supports DDR4‐2400 CL14‐14‐14 timing, data rate  is limited by the MPSoC and the board. The 5EV board variant supports DDR4‐2133*, while the 3EG  supports DDR4‐1866.   Although the bundled module is not ECC‐capable, the Genesys ZU is. Just pair it with an ECC module and  enable the feature in the Vivado MPSoC PS Configuration Wizard.   3.1. Implementation  There is a single SODIMM slot on the top side of the Genesys ZU just north of the MPSoC. It is wired to  the PS‐side memory controller and supports any SODIMM module complying with the memory ...
  • Page 20 controller's restrictions. These are detailed in the Zynq UltraScale+ Device Technical Reference Manual  (UG1085), but common modules of 1R/2R, x8/x16, 64b/72b are supported.   The serial presence detect (SPD) interface is wired to MIO8 (DDR_SCL) and MIO9 (DDR_SDA), accessible  through the I2C1 controller.   For better routing some byte swaps were performed detailed in Table 3.1.1. No nibble or bit swaps were  needed.   Table 3.1.1: DDR4 interface byte swaps.   System   7   6   5   4   3   2   1   0   8   Slot   0   1   2   3   4   5   6   7   8     ECC byte (lane 8) is equivalent to any of the data bytes from the perspective of the DRAM components.  The controller and SODIMM connector have dedicated ECC pins (CBx), which are not used on non‐ECC  systems. Therefore the ECC lane (CBx) cannot be swapped with other lanes. However, byte and bit  swaps in data lanes are transparent to the ECC feature since any swap performed upon write is reversed  back upon read.   The Write CRC is a new feature of DDR4 and is complementary and unrelated to the ECC feature. Write  CRC protects data in transit, ECC protects data in storage. CRC is calculated both by the controller and  the DRAM to avoid data corruption in the the write data burst. It can detect single bit, double bit, odd  count and one multi‐bit UI vertical column errors. Upon error detection, DRAM will assert the ALERT_n  line. The controller should retry the write upon error.   It should be enabled in systems that expect a high amount of signal integrity issues and where high  reliability is desired. It trades data rate for reliability. CRC support is optional in SODIMM modules. Even  if the module supports it, implementation is not easy. For CRC to work the controller must know what ...
  • Page 21 The Genesys ZU features a serial flash memory from ISSI. This memory is used to provide non‐volatile  code and data storage. It can be used to initialize the PS subsystem as well as configure the PL. The key  device attributes are:   Part number: IS25LP256D‐JMLE  Size: 256Mbit / 32Mbyte  1‐bit, 2‐bit and 4‐bit bus widths supported  80MHz Normal Read, Up to 166MHz Fast Read  Up to 664Mb/s in quad‐spi mode  Powered from 3.3V  The Flash is also commonly used to store non‐configuration data needed by the application. If doing this  from a bare‐metal application, the flash memory can be freely accessed using standalone libraries  included with a Xilinx SDK BSP project. If doing this from a Petalinux generated embedded Linux system,  the Flash can be partitioned as desired and mounted/accessed like a standard MTD block device. See the  Petalinux and Xilinx SDK documentation for more information.   The Flash connects to the Quad‐SPI Flash controller of the Zynq UltraScale+ via pins in MIO Bank 0/500  (specifically MIO[0:5]).   The memory is divided into uniform 4 KByte sectors or uniform 32/64 Kbyte blocks. A block consists of  8/16 adjacent sectors.   Two globally unique MAC address are programmed in the last sector, sector 8191.   MAC for Ethernet PHY is stored at address 0x1FFF000  MAC for SFP+ (5EV only) is stored at address 0x1FFF006  The last sector, used to store the MAC addresses, is protected from write and erase. Any attempt to  program or erase the last sector will fail.   The ISSI flash features an Advanced Sector/Block Protection mechanism. Every main flash memory array  block/top sector/bottom sector has a non‐volatile (PPB) protection bit associated with it. When the bit is  0, the sector is protected from program and erase operations.   There is a TBPARM bit that defines the logical location of the parameter block. The parameter block  consists of thirty two 4KB sectors, which replace two 64KB blocks.   When TBPARM is set to 0 the parameter block is in the top of the memory array address space. When  TBPARM is set to 1 the parameter block is at the bottom of the array. TBPARM is OTP(One‐Time  Programmable) and set to 1 when shipped from factory. If TBPARM is programmed to 0, an attempt to ...
  • Page 22 change it back to 1 will fail and ignore the program operation. For more details about the Advanced  Sector/Block Protection mechanism consult the manufacturer's datasheet.   To protect the MAC addresses from the last sector, Genesys ZU comes with TBPARM programmed to 0  and the PPB bits for the last sector programmed to 0.     Figure 4.1.1: Genesys ZU Quad SPI Flash     4.2. microSD slot  The microSD connector J9 located on the top side has a hinge‐based mechanism. It is compatible with  UHS‐I allowing 1.8V signalling and speeds up to SDR104, or 104MB/s. To enable UHS‐I support and  speeds up to SDR104, see the following Answer Records from Xilinx:  https://www.xilinx.com/support/answers/69978.html and  https://www.xilinx.com/support/answers/70062.html.     4.3. mSATA slot  The Mini PCIe connector J13 doubles as an mSATA slot allowing fast non‐volatile SSD storage. Both half  and full‐size modules are supported. Since PCIe and SATA share the same GTR lanes, one has to disable  PCIe first to enable SATA.     5. Network Connectivity  5.1. Wi‐Fi  A Microchip ATWINC1500 module provides 2.4GHz IEEE 802.11 b/g/n wireless network connectivity. It  interfaces to the MPSoC on the PS‐side over SPI, supporting a maximum theoretical data rate of  48Mbps. The ATWINC1500 can be used in bare‐metal applications with the full IP stack included in the  firmware loaded from flash. However, it is also supported in Linux in the ATWILC1000‐compatible mode,  where the firmware is loaded on‐the‐fly upon boot and the OS IP stack is used.  ...
  • Page 23   5.2. 1G Ethernet  The Genesys ZU uses a TI DP83867CR PHY to implement a 10/100/1000 Ethernet port for wired  connectivity. The PHY connects to MIO Bank 501 (1.8V) and interfaces to the MPSoC via RGMII for data  and MDIO for management. The auxiliary interrupt (ETH_INTN_PWDNN) and reset (ETH_RSTN) signals  also connect to MIO Bank 501.   After power‐up the PHY starts with Auto Negotiation enabled, advertising 10/100/1000 link speeds and  full duplex. If there is an Ethernet‐capable partner connected, the PHY automatically establishes a link  with it, even with the MPSoC not configured.   Three status indicator LEDs are on‐board near the RJ‐45 connector that indicate speed (LD13), valid link  state (LD12), and traffic activity (LD14).   Although the default power‐up configuration of the PHY might be enough in most applications, the  MDIO bus is available for management. The PHY is assigned the 5‐bit address 01111 on the MDIO bus.  With simple register read and write commands, status information can be read out or configuration  changed. The TI PHY follows industry‐standard register map for basic configuration.   The RGMII specification calls for the receive (RXC) and transmit clock (TXC) to be delayed relative to the  data signals (RXD[0:3], RXCTL and TXD[0:3], TXCTL). Xilinx PCB guidelines also require this delay to be  added. The PHY is configured to insert a delay of 2.0ns between RXD/CTL and RXC, and a delay of 1.5ns  between TXD/CTL and TXC.   On an Ethernet network each node needs a unique MAC address. To this end, the last sector of the  Quad‐SPI flash has been programmed at the factory with a 48‐bit globally unique EUI‐48/64™  compatible identifier. For more details about MAC address storage see Quad‐SPI Flash.   U‐Boot has been patched to read this MAC address and overwrite the existing node in the device tree  binary before handing control over to the Linux kernel.   The identifier is also printed on a sticker found next to the Ethernet jack (J14).     5.3. 10G SFP+  Todo for 5EV.     5.4. WLAN, Bluetooth, WWAN  The Mini PCIe socket allows you to connect any wireless radio module compatible with the PCIe Mini  Card standard. With both PCIe x1 and USB 2.0 available in the socket, even dual Wi‐Fi/Bluetooth ...
  • Page 24 modules can be used. The primary use case is Linux OS, so modules with Linux drivers available in‐kernel  are recommended. For WWAN radio modules a SIM slot is present on the bottom side of the board.     6. Peripheral Connectivity  6.1. USB Full‐Featured Type‐C  USB 3.1 Gen1 and USB 2.0 support is handled by the Full‐Featured Type‐C receptacle J6. The connector  has a USB 2.0 pair for backward compatibility, one high‐speed transceiver lane (two pairs) for USB 3.1,  and configuration channel (CC). Since the plug is reversible, the upper and lower rows double the  number of pins for each function, designated by suffixes 1 and 2. Plug orientation is established during  the configuration process over the CC1 and CC2 pins. Depending on the orientation, either pins with  suffix 1 or pins with suffix 2 carry actual signals. Multiplexing 1 and 2 for the USB 3.1 lane is done by an  on‐board hardware multiplexer.   Unlike the other USB connector types, Type‐C does not inherently establish the relationship of host and  device ports. This relationship is determined during the same configuration process.   On the Genesys ZU, data behavior is Dual‐Role‐Data (DRD), ie. can behave either as a Downstream‐ Facing Port (DFP) or an Upstream‐Facing Port (UFP), depending on the connected partner and MPSoC  configuration. Power behavior is Dual‐Role‐Power (DRP), but even if UFP is negotiated, the board  remains self‐powered. In DFP role the advertised current capability and limit is 0.9 A with the possibility  of increasing it to 1.5 A. USB Power Delivery is not supported.   Management of the Type‐C port is handled by a companion chip, the TI TUSB322I. It handles  attachment, cable orientation, role detection and current advertisment. It connects to the main I2C bus  of the board and can be used to read status and set port roles for Type‐C. It responds to address  1000111b on branch 3 of the I2C multiplexer.   The USB 2.0 pair is implemented by a Microchip USB3320 PHY interfacing with the PS‐side controller of  MPSoC over ULPI. The USB 3.1 lane is implemented using a PS‐GTR transceiver lane.   In the box you can find a USB Type‐C Legacy Adapter reference as CAR3G1‐3 in the Type‐C specifications.  It has a Full‐Featured Type‐C plug on one end and a USB 3.1 Standard‐A receptacle on the other. Use it  to connect non‐Type‐C USB 2.0 or USB 3.1 devices to the Genesys ZU.     6.2. USB 2.0 Host  Host‐only USB 2.0 functionality is implemented by a Microchip USB3320 PHY and a Microchip USB2513B  hub. The PHY is wired to the PS‐side controller of MPSoC over ULPI. The hub has three Downstream‐ Facing Ports. Two of these connect to a dual‐stacked Type‐A connector, providing 0.5A current per port. ...
  • Page 25 The third port is connected to the MiniPCIe slot, an embedded USB port. This allows interfacing with  Bluetooth modules, for example.     6.3. USB 2.0 ‐ JTAG/Serial Bridge  The micro Type‐B connector J8 connects to an FTDI FT4232HQ USB bridge. It provides a JTAG interface  for programming and debugging, one UART interface connected to the MPSoC and one UART interface  connected to the Platform MCU. The UART interfaces are exposed as standard COM ports. Their exact  designator is determined upon enumeration, but the first one will always connect to the MPSoC and the  second one to the Platform MCU. The MPSoC UART interface is wired to the PS‐side MIO Bank 500:  UART_TXD_IN to MIO18 and UART_RXD_OUT to MIO19. Signal names that imply direction are from the  point‐of‐view of the DTE (Data Terminal Equipment), in this case the PC (e.g. UART_TXD_IN is the TXD  signal of the DTE, meaning it is an output of the DTE and an input of the DCE). The Digilent USB‐JTAG  function and the USB‐UART functions behave independent of one another. Support for USB‐JTAG in  Vivado is expected in version 2020.1. Read more in section JTAG Boot Mode.     7. Multimedia  7.1. DisplayPort Source  The dual‐lane mini DisplayPort connector J27 is wired to a PS‐side DisplayPort Controller via two PS‐GTR  transceiver lanes. Resolutions up to 4Kx2K@30fps are supported at a maximum 5.4Gbps line rate.     7.2. HDMI Source  TODO for 5EV     7.3. HDMI Sink  TODO for 5EV     7.4. Audio Codec  The Genesys ZU board includes an Analog Devices ADAU1761 SigmaDSP audio codec (IC39)  complementing its multimedia features. Four 1/8” (3.5mm) audio jacks are available for line‐out (J20‐ green), headphone‐out (J19‐black), line‐in (J22‐blue), and microphone‐in (J21‐pink). Each jack carries  two channels of analog audio (stereo), with the exception of the microphone input, which is mono.  ...
  • Page 26 To record or play back audio the audio data needs to be converted. The audio codec bridges the gap  between the analog jacks and the digital FPGA pins. It connects to the PL side of the MPSoC. Analog‐to‐ digital and digital‐to‐analog conversion is done at up to 24 bits and 96 kHz sampling rate. Digital audio  data is carried to/from the FPGA on a serial, full‐duplex interface, which supports several different  formats, the default being I2S. This interface is clocked by the FPGA through BCLK by default, but the  codec can be configured to provide the clock itself.   Configuring the audio codec can be done over I2C. It responds to slave address 0b0111011 on a  dedicated I2C bus, followed by a 16‐bit register address and one or more data bytes. These registers  control every functional aspect of the codec.   The codec is clocked from the FPGA through the Master Clock (MCLK) pin. A clock must be provided for  the codec to function, including the I2C port. The exact frequency depends on the desired sample rate  and whether PLL will be used, but 12 MHz is a good start.   For proper use, the concept of audio paths needs to be understood. Internal to the codec there are two  signal paths: Playback and Record. Both are highly configurable analog paths with mixers and amplifiers  that route audio signals through the chip. The Playback path is the output path that routes audio from  different sources like the digital‐to‐analog converter or input mixers towards the headphone and line  out jacks. On the other hand, the record path routes audio from the line‐in and microphone‐in towards  the analog‐to‐digital converters. Having routing elements at every step enables signal mixing between  channels, amplification, muting and bypass. However, it also means that each element has to be  properly configured along the path.   Keep in mind that audio jack designations might differ from codec analog frontend designators. For  example, the line‐in jack connects to the AUX port of the codec. The microphone jack is wired to the IN  port. Also, notice that although some ports offer differential amplifiers and signaling, they are not used  on the Genesys ZU. For example, the OUT port is differential, comprising 4 pins: LOUTP, LOUTN, ROUTP,  and ROUTN. However, the N‐side of the differential pairs is left floating, while the P‐side connects to the  jack.   At the very least an audio‐aware FPGA design should do the following:   Provide MCLK for the audio codec.  Use an I2C master controller to configure the core clocking, sample rates, serial interface format and  audio path.  Send or receive audio samples over the serial audio data channel for playback or record.  More advanced users might want to try additional features of the ADAU1761. For example, the on‐chip  SigmaDSP core can be programmed to do user‐defined digital signal processing.   All relevant information can be found in the ADAU1761 datasheet.  ...
  • Page 27   7.5. MIPI/Pcam Ports  The two MIPI/Pcam ports included on the Genesys ZU are 15‐pin, 1 mm pitch, zero insertion force (ZIF)  connectors designed specifically for attaching camera sensor modules to host systems. It builds on the  Pcam connector standard introduced on the Digilent Zybo Z7, but allows for bi‐directional D‐PHY lanes  thanks to direct I/O support in the UltraScale+ architecture. Therefore, it supports MIPI DSI applications  too, while remaining backward compatible with MIPI CSI‐2 Pcam modules, like the Digilent Pcam 5C.   The Pcam connector pin‐out is rigidly defined and includes a two lane MIPI CSI‐2 bus for camera data, an  I2C bus for camera configuration, two additional general purpose signals, and 3.3 V for powering the  camera module, as depicted in Figure 7.5.1 and Table 7.5.1. Digilent is developing a catalog of Pcam  peripheral camera modules with various different types of sensors that all conform to this pin‐out. The  pin‐out was also chosen so that many camera modules designed to work with the Raspberry Pi will also  work when connected to the Pcam port.     Figure 7.5.1: Pcam Pin‐out   Table 7.5.1: Pcam Pin‐out   Pin  Function   Genesys ZU Implementation   Number   1   GND   GND   MIPI D‐PHY Lane 0  2   Connected to a 1.2V VCCO HP bank   (‐)   MIPI D‐PHY Lane 0  3   Connected to a 1.2V VCCO HP bank   (+)   4   GND   GND  ...
  • Page 28 Pin  Function   Genesys ZU Implementation   Number   MIPI D‐PHY Lane 1  5   Connected to a 1.2V VCCO HP bank   (‐)   MIPI D‐PHY Lane 1  6   Connected to a 1.2V VCCO HP bank   (+)   7   GND   GND   8   MIPI D‐PHY Clock (‐)  C onnected to a 1.2V VCCO HP bank   MIPI D‐PHY Clock  9   Connected to a 1.2V VCCO HP bank   (+)   10   GND   GND   11   GPIO/Power enable Connected to a 1.2V VCCO HP bank via a 3.3V level‐translator   GPIO/Clock  12   N/C   feedback   Connects to branch 0 (MIPI A) and branch 1 (MIPI B) of the main I2C bus  13   SCL   multiplexer   Connects to branch 0 (MIPI A) and branch 1 (MIPI B) of the main I2C bus  14   SDA   multiplexer   15  ...
  • Page 29   8. Expansion Ports  8.1. Mini PCIe / mSATA  J13 socket implements a versatile expansion option for adding SSD, WLAN, Bluetooth or WWAN  modules to the Genesys ZU. It is compatible with PCI Express Mini card types F1/F2 (Full‐Mini) and  H1/H2 (Half‐Mini) and mSATA card types Mini and Full size. Mechanical compatibility is assured by the  relocatable stand‐offs included with the board. Electrically, the SATA lane and the PCIe x1 lane share the  same PS‐GTR transceiver lane. Therefore, it is up to the MPSoC configuration to enable either the SATA  or the PCIe Root controller and map it to the GTR lane. Mini PCIe modules can also make use of the  embedded USB 2.0 port wired to the on‐board USB hub and the MPSoC USB1 controller up the chain.     8.2. Low‐Pin Count FMC Connector  The Genesys ZU includes an FPGA Mezzanine Card (FMC) Standard‐conforming carrier card connector  that enables connecting mezzanine modules compliant with the same standard. Genesys ZU‐based  designs can now be easily extended with custom or off‐the‐shelf high‐performance modules.   The actual connector used is a 160‐pin Samtec ASP‐134603‐01, the low‐pin count, 10mm stacking height  variant of the standard. All user defined signals are bonded to the PL‐side of the MPSoC to HP banks 64  and 65. On the 5EV variant the multi‐gigabit transceiver lane is also wired to the PL‐side GTH  transceiver, sharing the lane with the SFP+ slot.* The 34 differential pairs are powered by the Genesys  ZU VADJ rail adjustable in the 1.2 V ‐ 1.8 V range.   FMC mezzanine cards are NOT hot‐swappable. Connecting or disconnecting a card from the Genesys ZU  while the board is powered on may cause damage to the mezzanine card and/or the board, and is to be  avoided.   The UltraScale+ HP banks support the highest data rates available in the non‐GT I/O architecture over  the FMC connector.   The pin‐out of the FMC connector can be found in the XDC constraints file available on  reference.digilentinc.com. The schematic also shows the mapping between FMC connector pins and  FPGA pins. Keep in mind that pin designators for the connector are not the same as pin designators for  the FPGA specified in the XDC constraints file. For example, the connector pin with designator H28 and  named LA24_P is wired via net FMC_LA24_P to the FPGA pin with designator AF7 and named  IO_L11P_T1U_N8_GC_64. In the constraints file FMC_LA24_P will need to be location constrained to  AF7.   For above‐gigabit speed rates on the 5EV variant, the gigabit transceiver lane is wired to a multiplexer.  The SFP+ slot and the FMC share a single GTH lane through the multiplexer. Therefore, only one of them ...
  • Page 30 can be used at any time. The FMC user defined pins are not affected by this limitation. Each transceiver  lane includes a receive pair and a transmit pair. Lane DP0 is wired through the mux to quad 224. The  reference clock GBTCLK0 goes to a jitter filter and can be sent to MGTREFCLK0 pins of the same quad.  Table 8.2.1 shows how the FMC gigabit signals are mapped to pins and GTH primitives. Refer to the  UltraScale Architecture GTH Transceivers User Guide (ug576) for more information.   Table 8.2.1: FMC Gigabit Signals Mapping   Quad   Primitive   Pin type   Pin   FMC signal   MGTHTXP/N3   N4/N3   DP0_C2M_P/N   224   GTHE4_CHANNEL   X0Y7   MGTHRXP/N3   P2/P1   DP0_M2C_P/N     For FMC designs which use FMC_LA_07_P/_N and/or FMC_LA15_P/_N lines with an I/O standard which  needs DCI, please make sure you add the DCIRESET primitive to the respective designs. Refer to the  UltraScale Architecture SelectIO Resources User Guide (ug571) chapter “Special DCI Requirements in  Some Banks” for more information.   Table 8.2.2: Maximum length mismatch including MPSoC package delay.   Length matching   Signal Group   Intra‐pair   Inter‐pair   LA[00‐33], CLK[0‐1]_M2C   1 mm   10 mm   DP0*, GBTCLK0*   0.14 mm   100 mm   Add impedance, net length, length matching and S‐parameter reports     8.3. Zmod  The Zmod port uses the SYZYGY Standard interface to communicate with installed SYZYGY pods. The  port is compatible with version 1.1 of the SYZYGY specification from Opal Kelly.  ...
  • Page 31 Each SYZYGY Standard interface contains 14 single‐ended I/O pins (2 of which I2C), 8 differential I/O  pairs (which can alternatively be used as 16 additional single‐ended I/O pins), and two dedicated  differential clocks ‐ one for input and one for output. The Zmod port is wired to PL‐side MPSoC banks  powered by the VADJ rail, sharing them with FMC signals. Therefore if both an FMC mezzanine card and  a Zmod are connected to the Genesys ZU, a common voltage supported by both needs to be chosen for  VADJ. The differential pairs were prioritized and wired to HP banks, allowing the maximum data rates  supported by the SelectI/O architecture. However, the single‐ended pins are wired to an HD bank,  limiting the data rate to 250 Mb/s according to the Zynq UltraScale+ MPSoC Data Sheet: DC and AC  Switching Characteristics (ds925). Template constraints for the Zmod port can be found in the Genesys  ZU's Master XDC file, available through Digilent's digilent‐xdc repository on Github.   For more information on the SYZYGY standard, see syzygyfpga.io.     8.3.1. SYZYGY Pod Compatibility  The Genesys ZU Zmod port is compatible with a variety of different SYZYGY pods. Information required  to determine if the Genesys ZU is compatible with a certain pod is summarized in Table 8.3.1.1.   Table 8.3.1.1: SYZYGY Compatibility   Parameter   Port A (STD)   Standard   Port Type   Single‐Width   Total 5V Supply Current   1 A   Total 3.3V Supply Current   3.5 A (shared with FMC)   VIO Supply Voltage Range   1.2V to 1.8V   Total VIO Supply Current   2.1 A (shared with FMC)   Port Groups   Group 1: A   I/O Count   28 total (8 DP)   Length Matching   10 mm inter‐pair, 1mm intra‐pair     8.3.2  Is there any information on this not encapsulated by the syzygy spec?  ...
  • Page 32 Add S‐parameter reports     8.4. Pmod  Pmod ports are 2×6, right‐angle, 100‐mil spaced female connectors that mate with standard 2×6 pin  headers. Each 12‐pin Pmod port provides two 3.3V VCC signals (pins 6 and 12), two Ground signals (pins  5 and 11), and eight logic signals, as shown in Figure 8.4.1 below. For more information regarding the  power supply specifications of the Pmod ports, refer to the Digilent Pmod™ Interface Specification,  “Power Supply” section.     Figure 8.4.1: Pmod port  Digilent produces a large collection of Pmod accessory boards that can attach to the Pmod ports to add  ready‐made functions like A/D’s, D/A’s, motor drivers, sensors, and other functions. See  www.digilentinc.com for more information. The vivado‐library and vivado‐hierarchies repositories on  the Digilent Github contains pre‐made IP cores for many of these Pmods that greatly reduce the work of  integrating them into your project. See the Pmod‐related tutorials on the Genesys ZU Resource Center  for help using them.   PMODS JA, JB, JC, JD   Dual Digital/Analog PMOD  PMOD JB  PMOD JC  PMOD JD  JA1_P:W10   JB1:AE13   JC1:E13   JD1:E15   JA2_P:AA11   JB2:AG14   JC2:G13   JD2:A14   JA3_P:AB10   JB3:AH14   JC3:B13   JD3:B15   JA4_P:Y9   JB4:AG13   JC4:D14   JD4:F15   JA1_N:Y10   JB7:AE14   JC7:F13  ...
  • Page 33   8.5. Dual Digital/Analog Pmod  On the Genesys ZU, one of the Pmod connectors is not like the others. Designated by JA, the Pmod  connector is wired to pins that can serve as auxiliary inputs to the system monitor ADC inside the  MPSoC. These pins are in a VADJ‐powered bank, so the VCC pins are not powered from the 3.3 V rail,  like on regular Pmods, but from VADJ. VADJ on the Genesys ZU is in the 1.2 V ‐ 1.8 V range. Pins 1‐7, 2‐8,  3‐9, 4‐10 are paired and routed differentially. Although these pins can be used in digital mode, the  particularities of this connector must be taken into account when connecting Pmod modules to it.     9. Basic I/O  The Genesys ZU includes five push‐buttons, four slide switches, one tri‐color LED and four green LEDs  connected to the Zynq PL, as shown in Figure 9.1 below. These I/Os are connected to the Zynq via series  resistors to prevent damage from inadvertent short circuits (a short circuit could occur if a pin assigned  to a push‐button was inadvertently defined as an output). The five push‐buttons are arranged in a plus‐ sign configuration (center, left, right, up and down buttons, respectively).     Figure 9.1: Genesys ZU PL Basic I/O ...
  • Page 34 Genesys ZU also has two push‐buttons and one green LED connected to the Zynq PS: push‐buttons BTN0  and BTN1 are connected to MIO11 and MIO10, respectively, and the green LED is connected to MIO21.     9.1. Push‐Buttons  The push‐buttons are “momentary” switches that normally generate a low output when they are at rest,  and a high output only when they are pressed.     9.2. Slide Switches  The slide switches generate constant high or low inputs depending on their position: when the slide is in  a low position (i.e. close to the lower board edge), the generated input is low; when the slide is in a high  position (i.e. close to the center of the board), the generated input is high.     9.3. Tri‐Color LED  The tri‐color LED has three input signals that drive the cathodes of three smaller internal LEDs: one red,  one blue, and one green. Driving the input signal corresponding to one of these colors low will illuminate  the internal LED. The input signals are driven by the Zynq PL through a transistor, which inverts the  signals. Therefore, to light up the tri‐color LED, the corresponding PL pins need to be driven high. The tri‐ color LED will emit a color dependent on the combination of internal LEDs that are currently being  illuminated. For example, if the red and blue signals are driven high and green is driven low, the tri‐color  LED will emit a purple color.   Note: Digilent strongly recommends the use of pulse‐width modulation (PWM) when driving the tri‐colo  LEDs. Driving any of the signals to a steady logic '1' will result in the LED being illuminated at an  uncomfortably bright level. This can be avoided by ensuring that none of the tri‐color signals are driven  with more than a 50% duty cycle. Using PWM also greatly expands the potential color palette of the tri‐ color LED. Individually adjusting the duty cycle of each color between 0% and 50% causes the different  colors to be illuminated at different intensities, allowing virtually any color to be displayed.     9.4. Green LEDs  The individual high‐efficiency LEDs are anode‐connected to the Zynq Ultrascale+ via 330‐ohm resistors,  so they will turn on when a logic high voltage is applied to their corresponding I/O pin.      ...
  • Page 35 10. Platform Management  Tying all the features of the Genesys ZU together into a computing platform requires an embedded  controller independent of the MPSoC. We call it Platform MCU. Part of the platform is the coin battery,  the fan, a temperature sensor inside the MPSoC and Power Management Units (PMU). Management is  done through dedicated signals or over the main I2C bus.   10.1. Main I2C bus  Almost all I2C‐capable peripherals are accessible through the main I2C bus. Multiple masters have  access:   Platform MCU in the Auxiliary 3.3 V domain through MUX_SCL and MUX_SDA,  3‐pin header J36 in the Auxiliary 3.3 V domain through MUX_SCL and MUX_SDA,  MPSoC PS‐side in the Main 3.3 V domain through MUX_SCL_LS and MUX_SDA_LS in Bank 500,  MPSoC PL‐size in the Main 3.3 V domain through MUX_SCL_LS and MUX_SDA_LS in Bank 46*/26.  It follows that any I2C master controller implementation in the MPSoC must be multi‐master tolerant  and must support arbitration.   The only slave device that can be accessed after power‐on is an 8‐channel I2C multiplexer, a TI  TCA9548A, responding to address 1110000b. The rest of the slaves are distributed on the eight channels  numbered from 0 to 7. To access a device on a particular channel, address the multiplexer first and write  a single byte to it with the bit corresponding to the desired channel set to 1. After the STOP condition,  the multiplexer will unite all the enabled channels and the main bus. Now a slave on the enabled  channels can be accessed by its respective address. Make sure that there are no address conflicts on  enabled channels. For example, having a Pcam 5C connected to each of the two MIPI/Pcam ports, and  enabling both channel 0 and 1 simultaneously will cause a conflict. This might be desired, allowing  writing the same data to both Pcams, but reading is problematic and arbitration will happen. The  recommended approach is having just one of the channels enabled at any time.  ...
  • Page 36   Figure 10.1.1: Genesys ZU I2C topology    10.2. Platform MCU  The Platform MCU is implemented by a Microchip ATmega328PB. It is on the auxiliary 3.3V power  domain, immediately available after power‐up. This power domain is independent of the PMUs which  provide main power, giving the Platform MCU control over main power. It also shares the main I2C bus  with the MPSoC, giving it access to all the critical peripherals. Other features include MPSoC  temperature sensing, fan speed control, and VADJ voltage setting.   The Platform MCU program memory has two sections:   Application where the firmware resides  Bootloader where the bootloader resides.  10.2.1. Application Section  The Platform MCU has the following interfaces on Genesys ZU:   FPGA temperature sensing and fan control with feedback  PMU interfaces  SYZYGY connector interface  FMC connector interface ...
  • Page 37 UART interface to the PC  The Platform MCU monitors the FPGA temperature and adjust the fan speed accordingly. Also, it checks  that the actual fan speed is close to the set value and reports a fault to the PC otherwise. FPGA  temperature monitoring is performed using the temperature diode inside the FPGA.   At board power‐up, Platform MCU detects if a SYZYGY peripheral board (“Pod”) is connected to Genesys  ZU and signals this to the FPGA. If a SYZYGY Pod was detected, the SYZYGY_DETECTEDN pin (H11) is  driven LOW. Otherwise the pin is driven HIGH.   If VADJ_AUTO pin (G10) from FPGA is LOW, the Platform MCU establishes the correct VADJ voltage  value based on VADJ_LEVEL1 (AC13) and VADJ_LEVEL0 (AC14) input pins, regardless of whether a syzygy  pod and/or FMC mezzanine module is connected. Table 10.2.1.1 presents the VADJ level encoding.   Table 10.2.1.1: VADJ levels encoding   VADJ_LEVEL1   VADJ_LEVEL0   VADJ level   0   0   VADJ disabled   0   1   1.2V   1   0   1.5V   1   1   1.8V     Although neither FMC mezzanine modules nor SYZYGY pods are designed to be plug‐and‐play and their  detection needs to be done only at board power‐up, the VADJ voltage value can still change during  board operation. Due to this, VADJ_AUTO signal value can change during board operation. The Platform  MCU will detect the pin change and will adjust the VADJ voltage level according to the actual  VADJ_LEVEL1 and VADJ_LEVEL0 pins state. The voltage rail will reach its power good threshold in  maximum 60 ms after the falling edge of VADJ_AUTO. The power good threshold is set to 100 mV less  than the nominal voltage.   To set the desired VADJ level you have to:   Drive the VADJ_LEVEL1 and VADJ_LEVEL0 to encode the desired VADJ level.  Generate a falling edge condition on VADJ_AUTO.  In the current implementation, the FPGA must detect the correct VADJ level required by SYZYGY and  FMC modules and must set the VADJ_LEVEL1 and VADJ_LEVEL0 signals accordingly. The VADJ_LEVEL1  and VADJ_LEVEL0 signals will be taken into account by the Platform MCU only if the VADJ_AUTO signal  is driven LOW by the FPGA. If VADJ_AUTO is HIGH, the VADJ power rail is disabled.  ...
  • Page 38 On Genesys ZU there is a LED labeled with PMCU. This is the status led that is used by the Platform MCU  to display the system fault that has the highest priority. The blinking pattern for each fault is presented  in Table 10.2.1.2.   After Platform MCU startup, if no issues were encountered, this LED should blink in a pattern Long Blink  – Short Pause ‐ Long Blink – Long Pause then it should turn off.   A “long blink” and a “long pause” last for approximately 1 second each;  A “short blink” and a “short pause” last for about 200ms each;  Table 10.2.1.2: Fault blink patterns   Blink Pattern (Repeated)   Issue   Priority   Comments   Long Blink – Long Pause   Fan Speed Fault   0   Register 0x04 Bit 0     The Platform MCU exposes to the PC a register interface, accessible via UART. The full register map is  shown in Table 10.2.1.3.   Table 10.2.1.3: Register map   Size  Offset   Register Name   R/W  D escription   [bits]   It contains a fixed value, used for determining if the Platform  0x00   ID Register   8   R   MCU is alive and responding over UART (0x00).   It contains the firmware major version on bits 7‐4 and the  0x01   Firmware Version   8   R   minor version on bits 3‐0   Read/write register used to test both the write and the read  0x02  ...
  • Page 39 Size  Offset   Register Name   R/W  D escription   [bits]   0x07‐ Reserved for future        0x0E   functionality   Bits 7‐2: Unused   Bit 1: Fault Status:   ‐ ‘1’ = Clear all faults   ‐ [Default] ‘0’ = Do nothing   0x0F   Platform MCU Control  8   R/W  Once written with ‘1’, this bit returns by itself to ‘0’ after all  the faults have been cleared.  Bit 0: I2C Communication to PMUs Control:   ‐ ‘1’ = I2C Communication to PMUs Disabled   ‐ [Default] ‘0’ = I2C Communication to PMUs Enabled   0x10‐ Reserved for future        0x70   functionality   When the PC wants to access a Platform MCU register, it needs to respect the following protocol:   It needs to send at first the address byte. Bits 7 to 1 of this byte contain the register start address (found  in the first column from Table 10.2.1.3). Bit 0 of this byte is logic ‘1’ for read transactions, and logic ‘0’  for write transactions.  It then needs to send a second byte, containing the number of bytes to read/write.  For write transactions, it then needs to send the actual values to be written in the Platform MCU  registers. The number of bytes sent in this phase needs to match the value from the previous byte (“the  number of bytes to read/write”), otherwise communication with the Platform MCU will hang. ...
  • Page 40 Write transaction example. Let’s say the PC wants to clear all system faults. For this, it will send to the  Platform MCU:   Byte 0: 1E (i.e. Bits 7‐1 = 0x0F which is the address of Platform MCU register; Bit 0 = ‘0’ meaning write  transaction)  Byte 1: 01 (i.e. the PC want to write 1 byte)  Byte 2: 02 (value to write to register at address 0x0F ‐ Clear all faults)  Read transaction example. Let’s say the PC wants to read Fan Speed Faults register from the Platform  MCU. For this, it will send to the Platform MCU:   Byte 0: 0D (i.e. Bits 7‐1 = 0x06 which is the address of Fan Speed Fault register; Bit 0 = '1' meaning read  transaction)  Byte 1: 01 (i.e. the PC wants to read 1 byte)  The Platform MCU will then send 1 byte back to the PC, containing the value of the Fan Speed Fault  register.   To read a 16‐bit register like Measured Fan Speed the PC will send to the Platform MCU:   Byte 0: 09 (i.e. Bits 7‐1 = 0x04 which is the address of Measured Fan Speed register; Bit 0 = '1' meaning  read transaction)  Byte 1: 02 (i.e the PC wants to read 2 bytes)  The Platform MCU will then send 2 bytes back to the PC. The first byte that is sent is the least significant  one. If one receives 150C one have to swap the first byte with the second one and to convert the value  to decimal: 150C → 0x0C15 → 3093 RPM.   The UART baudrate should be set to 115200/8/E/1 (115200 baud, 8 data bits, even parity, 1 stop bit).    10.2.2. Bootloader Section  In the program memory, along with the Firmware Application, there is a bootloader that launches the  Application at power‐up.     10.3. Fan  Mounted on the MPSoC heatsink, there is a 12 V fan with a 4‐pin header. It can automatically be  controlled by the Platform MCU based on the MPSoC temperature or set to the fixed full speed. This  option is controlled by JP2 and is user‐selectable.  ...
  • Page 41 Table 10.3.1: Fan jumper positions   Jumper JP2 “AUTO FAN”   Fan Speed   Set   Automatic   Not set   Full     10.4. Coin battery  A Seiko TS621E lithium rechargeable battery provides power to the MPSoC Battery Power Domain (BPD)  through the VCC_PSBATT pin. It is connected in parallel with a 100 uF capacitor. The BPD includes the  real‐time clock with a dedicated crystal oscillator and a RAM available for storing a secure configuration  key. The capacitor alone can provide power for approx. 15 minutes after main power is turned off. The  battery will provide power after that.   The nominal voltage of the TS621E is 1.5 V and has a nominal capacity of 1.3 mAh. The Zynq UltraScale+  MPSoC Data Sheet: DC and AC Switching Characteristics (ds925) lists the maximum ICC_PSBATT at 3.65  uA. Some leakage current exists through the charging diode, a maximum of 100 nA. Therefore, the  capacity of the fully‐charged battery is enough for a minimum of: 1.3 mAh * 1000 uA / 1 mA / 3.75 uA =  347 hours = 14 days without main power. Whenever main power is turned on the battery will be re‐ charged.   The battery is removable and can be replaced only by a 1.5 V, 6.8 mm rechargeable lithium coin battery.  Do not use non‐rechargeable batteries!   However, those prepared to void their warranty can physically remove the charging circuit by de‐ soldering D13 or R400. In this case any battery, even a non‐rechargeable one, that meets MPSoC voltage  specs can be used.                 https://reference.digilentinc.com/reference/programmable‐logic/genesys‐zu/reference‐manual/2‐28‐20 ...