訪問DDR3和GPIO - 將PetaLinux移植到FPGA上的原因和步驟詳解

1. 訪問DDR3

我們使用名為DDR3-test.c的PetaLinux應(yīng)用訪問DDR3存儲器。該應(yīng)用經(jīng)過精心設(shè)計，可向DDR存儲器位置寫入數(shù)據(jù)并從這里讀取數(shù)據(jù)。DDR3是雙列直插式存儲器模塊，可提供用于存儲用戶代碼和數(shù)據(jù)的SDRAM。如上文所述，用戶需要知道DDR存儲器的開始地址和結(jié)束地址，分別是0xC0000000和0xC7FFFFFF。存儲器的容量為512兆字節(jié)。Linux內(nèi)核駐留在DDR存儲器的初始存儲器位置。因此需要選擇DDR3存儲器的寫入位置，以避免破壞Linux內(nèi)核。我們使用以下命令向DDR3存儲器寫入數(shù)據(jù)：

#DDR3-test –g 0xc7000000 –o 15

其中DDR3-test是應(yīng)用名稱、-g是DDR3存儲器的物理地址、-o是輸出、15是準(zhǔn)備在0xc7000000位置寫入DDR3存儲器的值。為測試該值是否能寫入預(yù)計的位置，我們使用以下命令從DDR3存儲器讀取數(shù)據(jù)：

#DDR3-test –g 0xc7000000 –i

圖7：通過QEMU運行PetaLinux

該應(yīng)用旨在控制8位離散輸出，可通過將板載LED連接至GPIO進行測試。

值15顯示在終端上，這說明DDR3存儲器讀寫操作正在成功進行。

2. 使用/dev/mem訪問GPIO

對于接下來的應(yīng)用測試，我們使用名為gpio-dev-mem-test.c的PetaLinux應(yīng)用訪問了通用I/O（GPIO）。該應(yīng)用的設(shè)計目的是控制8位離散輸出并通過將板載LED連接至GPIO來測試該輸出。要從用戶空間訪問任何設(shè)備，就要先打開/dev/mem，然后使用mmap（）將設(shè)備映射至存儲器。我們所使用LED GPIO的開始地址和結(jié)束地址分別是0x40000000 和0x4fffffff。

GPIO外設(shè)具有兩個寄存器：數(shù)據(jù)寄存器（GPIO_DATA）和方向寄存器（GPIO_TRI_OFFSET）。為了讀取GPIO的狀態(tài)，我們將方向位設(shè)置為1（即GPIO_TRI_OFFSET=1）并且從數(shù)據(jù)寄存器讀取數(shù)據(jù)。為了將數(shù)據(jù)寫入到GPIO，我們設(shè)置方向位為0并寫入值到數(shù)據(jù)寄存器。在PetaLinux終端上使用下列命令將數(shù)據(jù)寫入到GPIO：

#gpio-dev-mem-test –g 0x40000000 –o 255

其中g(shù)pio-dev-mem-test為應(yīng)用名稱，-g為GPIO物理地址，-o為輸出，255為從GPIO（連接到LED）發(fā)送的值。LED按編寫的程序點亮?xí)r，測試的結(jié)果就得到了驗證。

3. 使用UIO訪問GPIO

訪問GPIO的另一個途徑是通過用戶空間輸入/輸出。我們通過UIO，使用名為gpio-uio-test.c的PetaLinux應(yīng)用訪問了GPIO。該應(yīng)用旨在控制8位離散輸出，可通過將板載LED連接至GPIO進行測試。UIO設(shè)備在文件系統(tǒng)中表現(xiàn)為/dev/uioX。為通過UIO訪問GPIO，我們打開了/dev/uioX或sys/class/ui0，然后使用了mmap（）調(diào)用。我們配置了內(nèi)核使之支持UIO，并在內(nèi)核中啟用了UIO框架。隨后我們使用名為“Compatibility”的參數(shù)，根據(jù)UIO設(shè)備（而非標(biāo)準(zhǔn)GPIO設(shè)備）對LED的GPIO控制方式進行了設(shè)置。此外，我們還將

設(shè)備的標(biāo)簽從 gpio@40000000修改成了leds@40000000。

然后我們重新構(gòu)建了PetaLinux，并使用UIO測試了GPIO訪問。我們使用以下命令，獲得了所加載UIO模塊的詳細(xì)信息：

# ls /sys/class/uio/ uio0 uio1 uio2

UIO的名稱和地址可在/sys/class/uio/uioX下找到。我們使用以下命令通過UIO驅(qū)動程序訪問了GPIO LED：

# cd “/sys/class/uio/uioX

# gpio-uio-test -d /dev/uio1 -o 255

其中g(shù)pio-uio-test為應(yīng)用名稱、-d為設(shè)備路徑、-o為輸出、255為通過UIO傳遞給GPIO的值。使用以上命令，LED按寫入到GPIO線路上的數(shù)據(jù)點亮，驗證了該結(jié)果。

4. 文件傳輸應(yīng)用

最后一項測試，我們將文件從服務(wù)器傳輸?shù)搅丝蛻舳?，這里的服務(wù)器是主機PC，客戶端是KC705電路板。在這項測試中，我們使用以太網(wǎng)線纜連接服務(wù)器和客戶端，并使用了小型文件傳輸協(xié)議（TFTP）。這種協(xié)議因簡單而出名，通常用于自動傳輸配置文件或引導(dǎo)文件。為測試使用TFTP從服務(wù)器向客戶端傳輸文件的情況，我們在/tftpboot位置為服務(wù)器PC創(chuàng)建了一個名為test的文件。我們使用以下命令在文件中寫入了“世界，你好”并查看了該文件中的內(nèi)容（如圖8所示）：

@ echo “Hello World” 》 /tftpboot/test

@ more /tftpboot/test

圖8：在服務(wù)器中創(chuàng)建文件的快照

圖9：在客戶端接收文件的快照

圖10：從客戶端到服務(wù)器傳輸文件的快照

圖11：在服務(wù)器中接收文件的快照

為從服務(wù)器接收該文件，我們在以客戶端方式運行在KC705電路板上的PetaLinux終端窗口中輸入以下獲取命令（-g）：

# tftp -r test -g 192.168.25.68

# ls –a

在客戶端中創(chuàng)建了一個名為“test”的新文件（如圖9所示）。我們可以使用更多內(nèi)容命令查看該文件的內(nèi)容，如圖9所示：

同樣，如果要從客戶端向服務(wù)器傳輸文件，可先在客戶端機器上創(chuàng)建一個名為test1的文件，其內(nèi)容為“PetaLinux OS”。然后在運行在客戶端上的PetaLinux終端中使用以下“放置”命令（-p），便可將該文件從客戶端傳輸至服務(wù)器，如圖10所示：

# tftp -r test1 -p 192.168.25.68

可在服務(wù)器中創(chuàng)建一個空白文件test1，其內(nèi)容可在文件傳輸工作完成后讀取。該內(nèi)容可圖11所示方法進行驗證。

在FPGA上實現(xiàn)嵌入式系統(tǒng)和運行PetaLinux，操作起來非常簡單直觀。接下來，我們計劃使用遠(yuǎn)程編程實現(xiàn)設(shè)計，即引導(dǎo)文件通過以太網(wǎng)傳輸，客戶端能夠運行新應(yīng)用。