ZYNQ DDR读写实验 与 简单的双核共享内存通信（LINUX + BARE METAL）

一、参考资料

Zynq构建SoC系统深度学习笔记-03-PS读写DDR内存(1)

通过devmem访问物理地址

ZYNQ有两个CPU？（二）——OCM共享内存

二、裸机下，读写DDR

测试代码如下：

#include 
#include "platform.h"
#include "xil_printf.h"
#include "xil_io.h"
#include "xil_mmu.h"

#define TEST_ADDR 0x1F000000

void WRITE_DDR(u8 ddr_value)
{
	xil_printf("\r\nwrite data\r\n");

	u32 addr=TEST_ADDR;
	u32 i;
	for(i=0;i<10;i++)
	{
		Xil_Out8(addr++,ddr_value);
		xil_printf("ddr_value=0x%X,",ddr_value);
	}
	xil_printf("\r\n");
}

void READ_DDR(void)
{
	xil_printf("\r\nraed data\r\n");

	u32 addr=TEST_ADDR;
	u32 i;
	u8 ddr_value;
	for(i=0;i<10;i++)
	{
		ddr_value=Xil_In8(addr++);
		xil_printf("ddr_value=0x%X,",ddr_value);
	}
	xil_printf("\r\n");
}

void soft_delay(u32 count)
{
	for(;count>0;count--);
}

int main()
{
    print("Hello World\n\r");

    Xil_SetTlbAttributes(TEST_ADDR,0x14de2);	//关闭cache

    READ_DDR();

    u8 value=0x0;

    while(1)
    {
    	READ_DDR();
        WRITE_DDR(value++);
        READ_DDR();
        soft_delay(0xfffffff);
    }

    return 0;
}

三、LINUX下，读写DDR

1.涉及到一个工具：devmem。其用法如下：

root@zedboard:~# devmem
BusyBox v1.24.1 (2019-11-28 16:33:01 CST) multi-call binary.

Usage: devmem ADDRESS [WIDTH [VALUE]]

Read/write from physical address

        ADDRESS Address to act upon
        WIDTH   Width (8/16/...)
        VALUE   Data to be written

实验效果如下：

root@zedboard:~# devmem 0x10000000 8
0xD0
root@zedboard:~# devmem 0x10000000 8 0x63
root@zedboard:~# devmem 0x10000000 8
0x63

2.LINUX应用程序调用函数

/*
 *	ddr read linux application interface
 */
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 

/*****************************************************************************/
#define FATAL do { fprintf(stderr, "Error at line %d, file %s (%d) [%s]\n", \
  __LINE__, __FILE__, errno, strerror(errno)); exit(1); } while(0)

#define MAP_SIZE 4096UL  			//映射的内存区大小（一般为一个叶框大小）
#define MAP_MASK (MAP_SIZE - 1)   	//MAP_MASK = 0XFFF
/*****************************************************************************/

#define TEST_ADDR 0x1F000000

/*****************************************************************************/

/**
* @brief 从实际物理地址读取数据。
* @details 通过 mmap 映射关系，找到对应的实际物理地址对应的虚拟地址，然后读取数据。
* 读取长度，每次最低4字节。
* @param[in] readAddr, unsigned long, 需要操作的物理地址。
* @param[out] buf，unsigned char *, 读取数据的buf地址。
* @param[in] bufLen，unsigned long , buf 参数的容量，4字节为单位，如 unsigned long buf[100]，那么最大能接收100个4字节。
* 用于避免因为buf容量不足，导致素组越界之类的软件崩溃问题。
* @return len，unsigned long, 读取的数据长度，字节为单位。如果读取出错，则返回0，如果正确，则返回对应的长度。
*/
static int Devmem_Read(unsigned long readAddr, unsigned long* buf, unsigned long len)
{
	int i = 0;
    int fd,ret;
    int offset_len = 0;
    void *map_base, *virt_addr;
	off_t addr = readAddr;
	unsigned long littleEndianLength = 0;

	if ((fd = open("/dev/mem", O_RDWR | O_SYNC)) == -1)
	{
		fprintf(stderr, "Error at line %d, file %s (%d) [%s]\n", __LINE__, __FILE__, errno, strerror(errno));
		return 0;
    }

    /* Map one page */ //将内核空间映射到用户空间
    map_base = mmap(0, MAP_SIZE, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd, addr & ~MAP_MASK);
    if(map_base == (void *) -1)
	{
		fprintf(stderr, "Error at line %d, file %s (%d) [%s]\n", __LINE__, __FILE__, errno, strerror(errno));
		close(fd);
		return 0;
    }

	for (i = 0; i < len; i++)
 	{
		// 翻页处理
        if(offset_len >= MAP_MASK)
        {
            offset_len = 0;
            if(munmap(map_base, MAP_SIZE) == -1)
        	{
        		fprintf(stderr, "Error at line %d, file %s (%d) [%s]\n", __LINE__, __FILE__, errno, strerror(errno));
        		close(fd);
        		return 0;
        	}
            map_base = mmap(0, MAP_SIZE, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd, addr & ~MAP_MASK);
            if(map_base == (void *) -1)
        	{
        		fprintf(stderr, "Error at line %d, file %s (%d) [%s]\n", __LINE__, __FILE__, errno, strerror(errno));
        		close(fd);
        		return 0;
            }
        }

		virt_addr = map_base + (addr & MAP_MASK);	// 将内核空间映射到用户空间操作
		buf[i] = *((unsigned long *) virt_addr);	// 读取数据
 		addr += 4;
        offset_len += 4;
	}

	if(munmap(map_base, MAP_SIZE) == -1)
	{
		fprintf(stderr, "Error at line %d, file %s (%d) [%s]\n", __LINE__, __FILE__, errno, strerror(errno));
		close(fd);
		return 0;
	}
    close(fd);
	return i;
}


/*
 *	test sample
 */
int main(void)
{
	unsigned long len = 2;
	unsigned long readData[1024*1024];		//1MB
	unsigned long addr = TEST_ADDR;
	unsigned long i = 0;

	while(1)
	{
		printf("read data\n");
		memset(readData, 0, len);
		Devmem_Read(addr, readData, len);		// 读取数据
		for (i = 0; i < len; i++)
		{
			printf("address = 0x%08x, data = 0x%08x\n", (addr + i * 4), readData[i]);
		}	
		sleep(1);
	}
}

四、简单的核间通信

按照《ZYNQ下LINUX+FREERTOS同时运行》这篇文章编译CPU0程序，生成BOOT.BIN文件。运行。

注意要禁止掉cache缓存！如下，0x1F00 0000 是被禁止cache的内存地址，要根据实际情况修改。

Xil_SetTlbAttributes(0x1F000000,0x14de2);   //关闭cache

本实验实现了CPU1裸核向DDR写入数据，CPU0 LINUX应用程序读取出刚写入DDR的数据。

实验效果：

CPU1（裸机）效果：

write data
ddr_value=0xC6,ddr_value=0xC6,ddr_value=0xC6,ddr_value=0xC6,ddr_value=0xC6,ddr_value=0xC6,ddr_value=0xC6,ddr_value=0xC6,ddr_value=0xC6,ddr_value=0xC6,

raed data
ddr_value=0xC6,ddr_value=0xC6,ddr_value=0xC6,ddr_value=0xC6,ddr_value=0xC6,ddr_value=0xC6,ddr_value=0xC6,ddr_value=0xC6,ddr_value=0xC6,ddr_value=0xC6,

raed data
ddr_value=0xC6,ddr_value=0xC6,ddr_value=0xC6,ddr_value=0xC6,ddr_value=0xC6,ddr_value=0xC6,ddr_value=0xC6,ddr_value=0xC6,ddr_value=0xC6,ddr_value=0xC6,

write data
ddr_value=0xC7,ddr_value=0xC7,ddr_value=0xC7,ddr_value=0xC7,ddr_value=0xC7,ddr_value=0xC7,ddr_value=0xC7,ddr_value=0xC7,ddr_value=0xC7,ddr_value=0xC7,

raed data
ddr_value=0xC7,ddr_value=0xC7,ddr_value=0xC7,ddr_value=0xC7,ddr_value=0xC7,ddr_value=0xC7,ddr_value=0xC7,ddr_value=0xC7,ddr_value=0xC7,ddr_value=0xC7,

raed data
ddr_value=0xC7,ddr_value=0xC7,ddr_value=0xC7,ddr_value=0xC7,ddr_value=0xC7,ddr_value=0xC7,ddr_value=0xC7,ddr_value=0xC7,ddr_value=0xC7,ddr_value=0xC7,

write data
ddr_value=0xC8,ddr_value=0xC8,ddr_value=0xC8,ddr_value=0xC8,ddr_value=0xC8,ddr_value=0xC8,ddr_value=0xC8,ddr_value=0xC8,ddr_value=0xC8,ddr_value=0xC8,

raed data
ddr_value=0xC8,ddr_value=0xC8,ddr_value=0xC8,ddr_value=0xC8,ddr_value=0xC8,ddr_value=0xC8,ddr_value=0xC8,ddr_value=0xC8,ddr_value=0xC8,ddr_value=0xC8,

raed data
ddr_value=0xC8,ddr_value=0xC8,ddr_value=0xC8,ddr_value=0xC8,ddr_value=0xC8,ddr_value=0xC8,ddr_value=0xC8,ddr_value=0xC8,ddr_value=0xC8,ddr_value=0xC8,

CPU0（LINUX），DEVMEM工具效果：

root@zedboard:~# devmem 0x1F000000 8
0xC6
root@zedboard:~# devmem 0x1F000000 8
0xC7
root@zedboard:~# devmem 0x1F000000 8
0xC8
root@zedboard:~# devmem 0x1F000000 8
0xC8
root@zedboard:~# devmem 0x1F000000 8
0xC9

CPU0（LINUX），APP效果：

read data
address = 0x1f000000, data = 0xcececece
address = 0x1f000004, data = 0xcececece
read data
address = 0x1f000000, data = 0xcececece
address = 0x1f000004, data = 0xcececece
read data
address = 0x1f000000, data = 0xcfcfcfcf
address = 0x1f000004, data = 0xcfcfcfcf