[米联客-XILINX-H3_CZ08_7100] LINUX驱动篇连载-12 AXI-GPIO

本帖最后由 LINUX课程于 2024-9-11 10:36 编辑

软件版本：vitis2021.1(vivado2021.1)

操作系统：WIN10 64bit

硬件平台：适用XILINX Z7/ZU系列FPGA

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1 概述

在前面的第四章，我们已经了解了如何使用GPIO子系统来实现对PS端的KEY进行控制，在该章我们将继续使用GPIO子系统来对PL端的KEY进行控制。

实验目的：

掌握从LINUX对PL端的GPIO的KEY进行控制。
了解AXI-GPIO IP的相关概念。
掌握GPIO子系统的编程。

2 系统框图

上图是概念上的框架连接图。从AXI-GPIO中将会引出两个GPIO的管脚，一个是BTN按钮，一个是LED。本章实验将使用BTN按钮部分。

3 介绍

3.1 AXI-GPIO IP介绍

AXI-GPIO IP通过AXI-Lite-slave连接到PS。具体2个通道，每个通道32个GPIO。在IP里面可以固定配置为输入或者输出，也可以通过软件控制寄存器配置为输入或者输出。并且支持中断输入，AXI-GPIO的构架如下图所示。

3.2 特性

-支持axis4 - lite接口规范

-支持可配置的单或双GPIO通道

-支持GPIO引脚1 ~ 32位的通道宽度配置

-支持动态规划每个GPIO位作为输入或输出

-支持每个通道的单独配置

-支持所有寄存器的每个位的独立重置值

-支持可选的中断请求生成

3.3 寄存器说明

1:数据寄存器GPIOx_DATA

有两个GPIO数据寄存器(GPIO_DATA和GPIO2_DATA)，每个通道对应一个。通道1数据寄存器(GPIO_DATA)始终存在;通道2数据寄存器(GPIO2_DATA)只有当IP配置为双通道(Enable dual channel = 1)时才存在。

2:三态寄存器GPIOx_TRI

有两个AXI GPIO 3-state控制寄存器(GPIO_TRI和GPIO2_TRI)，每个通道对应一个。通道2 3状态控制寄存器(GPIO2_TRI)只有在IP配置为双通道使能双通道= 1时才存在。

3:全局中断使能寄存器(GIER)

设bit位为1使置31能中断。

4:IP-CORE中断使能寄存器(IPIER)

5:IP状态寄存器(IPISR)

4 搭建工程

该部分生成的文件已经分别保存在“3.boot”和“4.BOOT”文件夹内，可以直接使用。如果想要自己生成，按照下面步骤。

4.1 vivado工程搭建

详细的vivado工程搭建参考第一章，本章的vivado工程并非默认的vivado工程，请选择在该章目录中的vivado工程。

打开“soc_prj”文件夹。

进入vivado工程部分，打开，检查IP是否连接正确。

4.2 设备树文件

将vitis中生成的设备树文件中的pl.dtsi部分复制进原先的zynqmp-mzux.dts文件中。

4.3 制作系统文件

详细的制作系统文件参考第一章环境搭建部分，将从vivado和vitis中生成的文件复制进开发环境，使用脚本生成系统文件。也可以直接使用本章示例文件夹“3.boot”中的文件，按照第一章的步骤复制进开发环境进行系统制作，这里只做简单的介绍。（“4.BOOT”文件夹中有已经生成好的系统文件镜像文件，可以直接拷贝至系统SD卡的BOOT文件夹内）

5 程序分析

该实验的程序与之前的GPIO子系统的程序极为相似，GPIO子系统相关的代码如有疑问，可以参考之前的第四章GPIO子系统程序分析部分。

5.1 驱动程序分析

//添加头文件
#include <linux/init.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/gpio.h>
#include <linux/uaccess.h>
#define PL_GPIO_BTN 1022
static int key_major;
static int ret = 0;
static struct class *key_cls;
int key_open(struct inode *inode, struct file *filp)
{
printk("----^v^-----key open\n");
//2、将 PL_GPIO_BTN 设置为输入
ret = gpio_direction_input(PL_GPIO_BTN);
if (ret != 0)
{
printk("gpio direction input MIO_PIN_42 fail!\n");
}
return 0;
}
ssize_t key_read(struct file *filp, char __user *buf, size_t count, loff_t *fops)
{
int value[4] = {0};
printk("----^v^-----\n");
printk("key read\n");
//3、获取 PL_GPIO_BTN 的值
value[0] = gpio_get_value(PL_GPIO_BTN);
ret = copy_to_user(buf, value, count);
if (ret < 0)
{
printk("gpio get value failed!\n");
return ret;
}
return 0;
}
int key_close(struct inode *inode, struct file *filp)
{
printk("----^v^-----\n");
printk("key close\n");
return 0;
}
const struct file_operations key_fops = {
.open = key_open,
.read = key_read,
.release = key_close,
};
//实现装载入口函数和卸载入口函数
static __init int key_drv_v1_init(void)
{
printk("----^v^-----\n");
printk("key drv v1 init\n");
//申请主设备号
//参数1----需要的主设备号，>0静态分配， ==0自动分配
//参数2----设备的描述信息，体现在cat /proc/devices，一般自定义
//参数3----文件描述集合
//返回值，小于0报错
key_major = register_chrdev(0, "key_drv_v1", &key_fops);
if (key_major < 0)
{
printk("register chrdev faile!\n");
return key_major;
}
printk("register chrdev ok!\n");
//自动创建设备节点
//创建设备的类别
//参数1----设备的拥有者，当前模块，直接填THIS_MODULE
//参数2----设备类别的名字，自定义
//返回值：类别结构体指针，其实就是分配了一个结构体空间
key_cls = class_create(THIS_MODULE, "key_class");
printk("class create ok!\n");
//创建设备
//参数1----设备对应的类别
//参数2----当前设备的父类，直接填NULL
//参数3----设备节点关联的设备号
//参数4----私有数据直接填NULL
//参数5----设备节点的名字
device_create(key_cls, NULL, MKDEV(key_major, 0), NULL, "mykey%d", 0);
printk("device create ok!\n");
//1、PL_GPIO_BTN 申请 GPIO 口
ret = gpio_request(PL_GPIO_BTN, "key1");
if (ret < 0)
{
printk("gpio request key1 error!\n");
return ret;
}
return 0;
}
static __exit void key_drv_v1_exit(void)
{
printk("----^v^-----\n");
printk("key drv v1 exit\n");
//4、释放按键 GPIO
gpio_free(PL_GPIO_BTN);
//删除设备
device_destroy(key_cls, MKDEV(key_major, 0));
//删除类
class_destroy(key_cls);
//注销主设备号
unregister_chrdev(key_major, "key_drv_v1");
}
//申明装载入口函数和卸载入口函数
module_init(key_drv_v1_init);
module_exit(key_drv_v1_exit);
//添加GPL协议
MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_AUTHOR("msxbo");

复制代码

注意第7行的代码，第7行的代码中的511是之前在vivado中设置AXI-GPIO时分配的一个管脚，之前在终端输入“ls /sys/class/gpio”中展示的也就是这个地址。

5.2 应用程序分析

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
int main(void)
{
int fd = 0;
int i = 0;
int a[4] = {0};
fd = open("/dev/mykey0", O_RDWR);
if (fd < 0)
{
perror("open fail!\n");
exit(1);
}
while (1)
{
read(fd, a, sizeof(a));
printf("but value %d\n", a[0]);
sleep(3);
}
close(fd);
return 0;
}

复制代码

第21至26行，该程序将会每3秒读取一次设备中的值。

6 程序编译

详细的程序编译部分可以参考第一章程序编译部分。将编译好的文件上传至开发板。

6.1 Makefile文件分析

#已经编译过的内核源码路径
KERNEL_DIR = /home/uisrc/uisrc-lab-xlnx/sources/kernel
export ARCH=arm
export CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf-
#当前路径
CURRENT_DIR = $(shell pwd)
all :
#进入并调用内核源码目录中Makefile的规则, 将当前的目录中的源码编译成模块
make -C $(KERNEL_DIR) M=$(CURRENT_DIR) modules
rm -rf *.symvers *.order *.o *.mod.o *.mod.c
clean :
make -C $(KERNEL_DIR) M=$(CURRENT_DIR) clean
#指定编译哪个文件
obj-m += axi_user_gpio.o

复制代码

7 演示

7.1 硬件准备

SD2.0 启动 01 而模式开关为 ON OFF（7100 需要先将系统烧录进qspi，然后才能从qspi启动sd卡，“[米联客-XILINX-H3_CZ08_7100] LINUX基础篇连载-04 从vitis移植Ubuntu实现二次开发”）

将 PS 端串口线连接电脑，如果要使用 ssh 登录，将网口线同样连接至电脑，最后给开发板通电。每次重新上电，需要重新插拔 PS 串口，否则会登录失败。

接入12V直流电源开机。

7.2 程序准备

将驱动与程序上传至开发板，查看文件是否传输成功。

在终端输入“ls”命令。确认当前所需文件，已经被上传到当前的文件夹内了。

然后在root 状态下 insmod 安装驱动。“lsmod”查看当前安装的驱动。

在管理员权限下，终端输入“chmod +x key_app_v1”，改变应用程序的权限。

通过以上操作可以确定应用程序，与驱动均已准备完成。

7.3 实验结果

在终端输入“./key_app_v1”，输出如下。可以看到，该应用程序每隔3秒就会读取了PL_BUT的值。按钮松开时是高电平，获取的值为1。

按住PL_BUT，再来查看终端输出，输出为0。

测试成功。

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