[米联客-XILINX-H3_CZ08_7100] LINUX驱动篇连载-14 PL UART-Lite实验

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

工业场合RS232/RS422/RS485这种低速接口往往大量实用，但是对于ARM一般只能支持2个PS串口，如果需要更多的串口扩展起来就比较困难了。但是对于SOC来说，通过AXI-UART就能非常方便扩展串口。理论上，只要FPGA的资源够用，可以扩展任意路串口。

本文不再对UART串口通信协议做介绍，如果有不清楚的读者，可以阅读前面的实验“PS UART串口通信”。

本文实验目的：

• 通过阅读pg142-axi-uartlite.pdf熟悉AXI-UartLite控制器的硬件资源(配套工程的zu_prj/06_doc路径)
• 通过VIVADO搭建axi-uartlite的SOC工程
• 编写axi-uartlite测试程序，实现类似PS-UART中断接收的环路测试程序
  

2 系统框图

3 AXI-UartLite IP概述

3.1 特性

-AXI-Lite接口接到MPSOC

-全双工模式

-16个字符的发送和接收fifo

-可配置的数据位宽5~8bits

-可配置奇偶校验或无校验

-波特率可配置

3.2 寄存器概述

1:RX FIFO寄存器(offset=0h)

2:TX FIFO寄存器(offset=04h)

3:CTRL_REG控制寄存器(offset=0CH)

4:STAT_REG控制寄存器(offset=08H)

4 硬件电路分析

本实验需要使用FEP-BASE功能拓展卡

注意：MZ7035使用的FEP扩展IO默认是3.3V,所以默认选择3.3V 的BASE卡完成本实验。

UART_TXD为CP2104的发送所以接到代码的RX

UART_RXD为CP2104的接收所以接到代码的TX

5 搭建SOC系统工程

详细的搭建过程这里不再重复，对于初学读者如果还不清楚如何创建SOC工程的，请学习“01Vitis Soc开发入门”这篇文章。

5.1 SOC系统工程

1:中断和复位设置

2:设置AXI HPM Master接口

对于低速的设置LPD低功率域接口

3:设置PL时钟

4:UART-Lite IP

5.2 设置AXI外设地址分配

只要添加的AXI总线外设都要正确分配地址,这一步不能遗漏。

5.3 编译并导出平台文件

以下步骤简写，有不清楚的看“[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”。

1:打开soc_prj内工程。

2:生成Bit文件。

3:导出到硬件: FileàExport HardwareàInclude bitstream

4:导出完成后，对应工程路径的soc_hw路径下有硬件平台文件：system_wrapper.xsa的文件。根据硬件平台文件system_wrapper.xsa来创建需要Platform平台。

5：打开vitis，并添加设备树模板。

6：创建工程文件，选择device tree创建，创建完成后编译工程。

7：获得设备树以及启动文件，打开虚拟机将文件拷贝到开发包的指定位置。

5.4 设备树修改及系统编译

1：设备树修改

对应的设备树文件在对应demo的soc_dts文件夹内，新手请直接使用而非自行修改。若要自行修改，则修改主要体现在增加pl节点上，分为两步。

在aliases里添加pl串口位置：

添加pl串口节点，即pl.dtsi里的内容：

2：编译烧录系统

拷贝上一步写好的设备树到指定路径，拷贝其他文件后，编译uboot，编译kernel，制作镜像并烧录系统。具体步骤参考“[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”。

6 程序分析

1. #include <stdio.h>
   
2. #include <unistd.h>
   
3. #include <fcntl.h>
   
4. #include <termios.h>
   
5. 
   
6. int main(int argc, char **argv)
   
7. {
   
8.     int fd = open("/dev/ttyUL0", O_RDWR | O_NOCTTY);
   
9.     if (fd < 0)
   
10.     {
    
11.         //打开串口失败，退出
    
12.         printf("open failed\n");
    
13.         return -1;
    
14.     }
    
15. 
    
16.     while (1)
    
17.     {
    
18.         unsigned char buffer[1024] = {0};
    
19.         int ret = read(fd, buffer, sizeof(buffer));
    
20.         if (ret > 0)
    
21.         {
    
22.             printf("Printf: %s", buffer);
    
23. 
    
24.             int n = write(fd, buffer, ret);
    
25.             if (n != ret)
    
26.                 printf("send failed\n");
    
27. 
    
28.             if (buffer[0] == 81 || buffer[0] == 113)
    
29.                 break;
    
30.         }
    
31.         else
    
32.             usleep(1000 * 50);
    
33.     }
    
34. 
    
35.     close(fd);
    
36.     return 0;
    
37. }

复制代码

可以看到这个程序和第13章的demo几乎一样，唯一的区别为行8，打开设备变成了pl的串口。

7 演示结果

将与资料对应的demo拷贝至sd卡文件系统的/home/uisrc/内。

弹出sd卡插入开发板。

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。

登录板卡后，cd至demo的位置：

运行sudo ./pluart查看结果，密码为root：

这时切换到pl串口的窗口：

输入一些字符测试，输入完毕按回车。这里输入了test作为测试，test立马作为输出又被输出了一次：

这时候回到ps串口的串口可以看到printf的结果：

在pl串口输入Q、q或者在ps串口使用ctrl+c可退出程序。

若想自己编译，可使用gcc命令：

可以看到编译完多了一个文件，gcc编译的默认输出名称为a.out。