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[米联客-XILINX-H3_CZ08_7100] FPGA_SDK入门篇连载-07 PS私有定时器实验

文档创建者:FPGA课程
浏览次数:160
最后更新:2024-09-25
文档课程分类-AMD-ZYNQ
AMD-ZYNQ: ZYNQ-SOC » 1_SDK应用方案(仅旗舰型号) » 1-SDK基础入门方案
本帖最后由 FPGA课程 于 2024-9-25 17:30 编辑

​ 软件版本:VIVADO2021.1
操作系统:WIN10 64bit
硬件平台:适用 XILINX A7/K7/Z7/ZU/KU 系列 FPGA
实验平台:米联客-MLK-H3-CZ08-7100开发板
板卡获取平台:https://milianke.tmall.com/
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1概述定时器资源是嵌入式系统中重要的定时资源,ZYNQ系统中的定时器资源包含了私有定时器,私有看门狗定时器、以及TTC定时器。本实验演示ZYNQ私有定时器的使用。
实验目的:
1:了解私有定时器的概念
2:了解私有定时器的功能寄存器
3:编写SDK测试代码完成定时器的中断定时使用。
2系统框图
本系统中,使用ZYNQ自带的私有定时器资源,程序设计中使用私有定时器每1S中断1次,通过串口打印输出。
1e90bf832f5840fe94ef6dc61fb7420c.jpg

3中断资源概述
098fce7b9638435c9bfad7bf1437afeb.jpg
PS的CPU0和CPU1各有1个私有定时器。上图中,红色部分为PS的私有中断资源,本文中demo就是以CPU0的定时器中断使用作为演示方案。CPU0的定时器中断经过中断控制派发器派发给CPU0。CPU0的私有定时器IRQ ID=29。
b9140aacbd4c4a069a89092fbb1f5487.jpg
4定时器资源介绍
66f2820063d942ffb4803a3a03f8c53c.jpg
Zynq的PS的CPU0和CPU1各包含1个私有定时器以及一个私有看门狗定时器并且共享一个全局定时器。另外Zynq的PS还有TTC0以及TTC1定时控制器。每个TTC定时器里面包含三个定时器/计数器。本文所讲解的是CPU0的私有定时器中断的使用。
本方案中只对CPU0的私有定时器进行说明。
Zynq的私有定时器和看门狗定时器具有以下共同的特性:
1-定时计数器位宽为32位,当达到0时产生中断
2-参考时钟为CPU时钟的1/2,比如CPU是666.6666M 那么定时器的参考时钟为333.3333M
3-有一个8bit预分频器,可以对参考时钟进一步分频
4-有一个可配置的预加载寄存器
5-可配置为单次模式或者自动重载模式
5私有定时器的寄存器
在UG585中没有关于私有定时器的详细说明,我们通过SDK代码的理解补充了这部分说明。私有定时器的基地址为0xF8F00600。CPU的私有定时器一共有4个寄存器:

XSCUTIMER_LOAD寄存器XSCUTIMER_LOAD_OFFSET (0x00U)
                        
Field Name
                        
                        
Bits
                        
                        
Type
                        
                        
Reset Value
                        
                        
Description
                        
                        
XSCUTIMER_LOAD
                        
                        
31:0
                        
                        
至少
                        
可写
                        
                        
0x0
                        
                        
私有定时器的预加载值
                        

XSCUTIMER_COUNTER寄存器XSCUTIMER_COUNTER_OFFSET (0x04U)
                        
Field Name
                        
                        
Bits
                        
                        
Type
                        
                        
Reset Value
                        
                        
Description
                        
                        
XSCUTIMER_COUNTER
                        
                        
31:0
                        
                        
至少
                        
可读
                        
                        
0x0
                        
                        
私有定时器的计数器
                        

XSCUTIMER_CONTROL寄存器XSCUTIMER_CONTROL_OFFSET (0x08U)
                        
Field Name
                        
                        
Bits
                        
                        
Type
                        
                        
Reset Value
                        
                        
Description
                        
                        
XSCUTIMER_CONTROL
                        
                        
31:0
                        
                        
R/W
                        
                        
0x0
                        
                        
私有定时器的控制寄存器
                        
15~8bit:预分频设置
                        
2bit:当为1中断使能
                        
1bit:当为1自动重载使能
                        
0bit:当为1表示定时器使能
                        

XSCUTIMER_ISR寄存器XSCUTIMER_ISR_OFFSET (0x0CU)
                        
Field Name
                        
                        
Bits
                        
                        
Type
                        
                        
Reset Value
                        
                        
Description
                        
                        
XSCUTIMER_ISR
                        
                        
31:0
                        
                        
R/W
                        
                        
0x0
                        
                        
私有定时器的中断寄存器
                        
0bit:当为1的时候表示发生中断
                        
6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。
6.1SOC系统工程
直接使用已经搭建好的“01Vitis Soc开发入门”这篇文章中的工程。
8aadcc39758a4dca8369d578690b8eca.jpg
6.2编译并导出平台文件
以下步骤简写,有不清楚的看第一篇文章。
1:单击Block文件à右键àGenerate the Output ProductsàGlobalàGenerate。
2:单击Block文件à右键à Create a HDL wrapper(生成HDL顶层文件)àLet vivado manager wrapper and auto-update(自动更新)。
3:添加配套工程路径下uisrc/04_pin/fpga_pin.xdc约束文件
4:生成Bit文件。
5:导出到硬件: FileàExport HardwareàInclude bitstream
6: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。
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7搭建Vitis-sdk工程
创建soc_base sdk platform和APP工程的过程不再重复,如果不清楚请参考本章节第一个demo。
7.1创建SDK Platform工程
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右击soc_base编译,编译的时间可能会有点长
7.2创建timer_intr APP工程
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8程序分析
int init_intr_sys(void)函数,这个函数用于对中断资源进行初始化。
米联客的中断函数都会采用这种构架,系统中断初始化+功能中断初始化,
  1. int init_intr_sys(void)
  2. {
  3.         Init_Intr_System(&Intc); // 初始化系统中断
  4.         TimerIntrSetup(&Intc,&Timer,TIMER_IRPT_INTR,TIMER_DEVICE_ID);//初始定时器中断
  5.         Setup_Intr_Exception(&Intc);
  6. }
复制代码


关于Init_Intr_System(&Intc)函数和Setup_Intr_Exception(&Intc)可以阅读“PS-MIO/EMIO中断实验”中的相关程序分析。
重点看下TimerIntrSetup(&Intc,&Timer,TIMER_IRPT_INTR,TIMER_DEVICE_ID)函数:
  1. void TimerIntrSetup(XScuGic *GicInstancePtr,XScuTimer *TimerInstancePtr, u16 TimerIntrId,u16 DeviceId)
  2. {
  3.     XScuTimer_Config *TMRConfigPtr;

  4.     //初始化定时器参数
  5.     TMRConfigPtr = XScuTimer_LookupConfig(DeviceId);
  6.     XScuTimer_CfgInitialize(TimerInstancePtr, TMRConfigPtr,TMRConfigPtr->BaseAddr);

  7.     //定时器计数器加载初值
  8.     XScuTimer_LoadTimer(TimerPtr, TIMER_LOAD_VALUE);

  9.     //定时器始能自动重载模式
  10.     XScuTimer_EnableAutoReload(TimerInstancePtr);

  11.     //设置中断回调函数
  12.     XScuGic_Connect(GicInstancePtr, TimerIntrId,
  13.                (Xil_ExceptionHandler)timer_callback,
  14.                (void *)TimerInstancePtr);

  15.     //使能定时器全局中断资源
  16.     XScuGic_Enable(GicInstancePtr, TimerIntrId);

  17.     //使能定时器中断
  18.     XScuTimer_EnableInterrupt(TimerInstancePtr);
  19. }
复制代码

1:XScuTimer_LookupConfig函数
SDK中的LookupConfig都是用来查看硬件的参数,并且把硬件的参数保持到一个指针中。
XScuTimer_LookupConfig(DeviceId)函数主要是根据DeviceId值判断下,是否对应的硬件支持,如果有会把定时器的相关硬件参数保存到TMRConfigPtr参数中。
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SDK中的ConfigTable参数保存了硬件的基本信息
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在系统头文件xparameters.h中保存了硬件参数的具体值

5d8f99def0f04ec9b16e1390911ad682.jpg
2:XScuTimer_CfgInitialize函数
SDK中这个函数用于对硬件实列的参数进行初始化,有时候也会在里面初始化一些硬件的寄存器。
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3:XScuTimer_LoadTimer函数
XScuTimer_LoadTimer(TimerPtr, TIMER_LOAD_VALUE)这是一个宏定义函数,把定时器的定时参数加载到预加载值寄存器。
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4:XScuTimer_EnableAutoReload函数
XScuTimer_EnableAutoReload(TimerInstancePtr)这是一个宏定义函数,这个函数设置定时器控制器的重载值,使能重载,重载的含义是当定时计数器计数到0的时候,重新加载预加载值,这样无需程序里面重复加载预加载值,可以减轻CPU的负担。
14eeaff36dfa49c1a2da5bb53ee7ead9.jpg
5:XScuGic_Connect函数
  SDK函数中有关键词Connect 的一般都是用来设置中断函数的回调函数,XScuGic_Connect(GicInstancePtr, TimerIntrId, (Xil_ExceptionHandler)timer_callback, (void *)TimerInstancePtr)这个函数设置定时间的中断回调函数。
InstancePtr->Config->HandlerTable保存了所有全局中断函数,如果某一个全局中断对应的中断被CPU相应,CPU就会根据这个中断回调相应的中断函数。CallBackRef参数是一个void类型参数指针,这里是TimerInstancePtr这个指针。
06ee4620ecf547e0ae09d29de9814ced.jpg
所以timer_callback就是定时器中断时候被调用的函数。
6: timer_callback函数
定时器每1S中断一次回调该函数,该函数中与一个中断计数器,统计当前中断了多少次,并且通过串口打印输出。
  1. void timer_callback(XScuTimer * TimerInstance)
  2. {
  3.         timer_counter++;
  4.         printf("timer_counter = %u\n",timer_counter);
  5.         XScuTimer_ClearInterruptStatus(TimerInstance);
  6. }
复制代码

7:XScuGic_Enable函数
这个函数使能定时器中断号对应的全局中断使能,可以看到该函数中需要采用自旋锁,确保相同的寄存器不会被多个CPU访问。
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8:XScuTimer_EnableInterrupt函数
该函数是一个宏定义函数,使能定时器的中断使能位。
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9:Timer_start(&Timer)
这个函数通过调用XScuTimer_Start设置定时器的使能位。
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5e8f6a2e7fb1499abc961eba24fdfb85.jpg
9方案演示
9.1硬件准备实验需要用到JTAG下载器、USB转串口外设,另外需要把核心板上的2P模式开关设置到JTAG模式,即ON ON
53b1cc47581b4825a31341dbed08dc87.jpg
9.2实验结果
程序运行后每1S会答应输出定时器的中断次数
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