https://blog.csdn.net/vacajk/article/details/77505996
http://xilinx.eetrend.com/d6-xilinx/blog/2018-03/12686.html
本人一直都在做硬件、FPGA对驱动来说只会裸奔。。在Linux底下的驱动基本上完全不会。看了这篇文章感觉不错，就照着他的流程跑了一遍，问题还是遇到了一些，在这里记录一下。
0.测试环境
软件平台：
- Vivado 2017.1
- PetaLinux 2017.1
- i9 7900X 神机
- CentOS 7.3 虚拟机
硬件平台：
- ZCU102 (ZynqMP)
- ZedBoard (Zynq)
我在ZCU102和ZedBoard上都进行了测试，Zynq和ZynqMP两种都验证了一下。
1. Vivado工程
常规操作我就不附带图片了。
建立vivado 2017.1的工程，Default Part分别选择Zyqn UltraScale+ ZCU102 Evaluation Board和ZedBoard Zynq Evaluation and Development Kit。
新建block design,在其中添加Zynq硬核、5转1的Concat IP,
然后直接添加板子的LED到一个新的AXI GPIO IP，如下图
打开生成的axi_gpio_0然后勾选Enable Interrupt。
在concat的前四个输入上直接Create Port，第五个输入链接到axi_gpio_0的中断因脚上，中断命名分别为：
IRQ名称 | 中断类型 | 中断号 ZynqMP/Zynq
- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
pl_irq_er | 上升沿中断 | 121 / 61
pl_irq_ef | 下降沿中断 | 122 / 62
pl_irq_lh | 高电平中断 | 123 / 63
pl_irq_ll | 低电平中断 | 124 / 64
axi_gpio_0 | N/A | 125 / 65
然后使用约束文件将前四个信号链接到开发板低四位的SW上。
ZCU102 xdc
set_property PACKAGE_PIN AN13 [get_ports "pl_irq_ll"] ;# Bank 44 VCCO - VCC3V3 - IO_L2N_AD10N_44
set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports "pl_irq_ll"] ;# Bank 44 VCCO - VCC3V3 - IO_L2N_AD10N_44
set_property PACKAGE_PIN AM14 [get_ports "pl_irq_lh"] ;# Bank 44 VCCO - VCC3V3 - IO_L2P_AD10P_44
set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports "pl_irq_lh"] ;# Bank 44 VCCO - VCC3V3 - IO_L2P_AD10P_44
set_property PACKAGE_PIN AP14 [get_ports "pl_irq_ef"] ;# Bank 44 VCCO - VCC3V3 - IO_L1N_AD11N_44
set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports "pl_irq_ef"] ;# Bank 44 VCCO - VCC3V3 - IO_L1N_AD11N_44
set_property PACKAGE_PIN AN14 [get_ports "pl_irq_er"] ;# Bank 44 VCCO - VCC3V3 - IO_L1P_AD11P_44
set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports "pl_irq_er"] ;# Bank 44 VCCO - VCC3V3 - IO_L1P_AD11P_44
ZedBoard
# ----------------------------------------------------------------------------
# User DIP Switches - Bank 35
# ----------------------------------------------------------------------------
set_property PACKAGE_PIN F22 [get_ports {pl_irq_er}]; # "SW0"
set_property PACKAGE_PIN G22 [get_ports {pl_irq_ef}]; # "SW1"
set_property PACKAGE_PIN H22 [get_ports {pl_irq_lh}]; # "SW2"
set_property PACKAGE_PIN F21 [get_ports {pl_irq_ll}]; # "SW3"
#set_property PACKAGE_PIN H19 [get_ports {SW4}]; # "SW4"
#set_property PACKAGE_PIN H18 [get_ports {SW5}]; # "SW5"
#set_property PACKAGE_PIN H17 [get_ports {SW6}]; # "SW6"
#set_property PACKAGE_PIN M15 [get_ports {SW7}]; # "SW7"
# Set the bank voltage for IO Bank 35 to 1.8V by default.
# set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports -of_objects [get_iobanks 35]];
set_property IOSTANDARD LVCMOS25 [get_ports -of_objects [get_iobanks 35]];
#set_property IOSTANDARD LVCMOS18 [get_ports -of_objects [get_iobanks 35]];
在Diagram中点击下图中的Run Connection Automation,可以配置对应开发板默认的Zynq设置。
弹出界面后点击OK。Vivado将自动创建reset、interconnector的IP并进行连接。
ZCU102
ZedBoard
不用太关心Zynq或ZynqMP的具体配置和连接方式，我们直接使用这个工程就好了。
然后进行常规的操作
- Generate Output Products
- Create HDL Wrapper
- Generate Bitstream
- File -> Export -> Export Hardware(Include bitstream)
- File -> Launch SDK
最终在工程目录下的*.sdk中生成了config_mpsoc_wrapper_hw_platform_0文件夹，里面包含了PetaLinux需要的hdf文件和FPGA配置的bit文件。
注意：到这里还没有结束，下面的步骤可以防止PetaLinux编译是的错误问题。
错误描述是fsbl或pmu-firmware在PetaLinux编译时出错，我自己感觉这是软件的bug或者是我的电脑网络不太好的问题。
解决的方法自己在Xilinx SDK中独立编译fsbl和pmufw的可执行文件。（pmufw只针对ZynqMP）
在操作方式如下图，分别建立fsbl和pmufw工程，工程代码下一个界面中的templates里选择对应的即可
这样在.sdk/fsbl/Debug和.sdk/pmufw/Debug中就分别得到了fsbl.elf和pmufw.elf两个可执行文件，我们在后面生成boot.bin时候需要使用到。
PetaLinux工程
将前面的config_mpsoc_wrapper_hw_platform_0文件夹复制到虚拟机中。
创建PetaLinux工程
$ systemctl start tftp.socket
$ systemctl start tftp.service
$ source /opt/pkg/petalinux/settings.sh
$ petalinux-create -t project --template zynqMP -n zcu102-pl2ps_irq
$ cd zcu102-pl2ps_irq/
$ petalinux-config --get-hw-description ../config_mpsoc_wrapper_hw_platform_0/
在petalinux-config中取消fsbl和pmufw的编译，取消它们的勾选
保存并退出petalinux-config。
配置kernel打开UIO中断的支持
$ petalinux-config -c kernel
Device Drivers --->
Userspace I/O drivers --->
< > generic Hilscher CIF Card driver
编译出设备树文件
$ petalinux-build -c device-tree
中间有可能出现错误，一种情况是缺少libstdc++和glibc-devel,使用下面命令安装
yum install libstdc++.i686
yum install glibc-devel.i686
还有一种情况就是在上面Vivado工程中提到的我们需要自己生成fsbl和pmufw文件，否则有时候会错误。当然我们刚才在petalinux-config中已经取消了它们的编译，这里应该不会出现这种情况。
在文件./components/plnx_workspace/device-tree-generation/pl.dtsi中可以查看PL侧的设备树信息，里面包含了axi_gpio_0的设备树，需要用到。
打开文件./project-spec/meta-user/recipes-bsp/device-tree/files/system-user.dtsi
我们需要修改的设备树信息必须放在这个文件中才能有效，其他位置修改是不支持的。
注意：
假如需要添加其他自定义设备树文件，如直接从Xilinx提供的开发板BSP中会有对应板子的dtsi文件，首先需要在system-user.dtsi中加入文本
/include/ “board-conf.dtsi”
其次需要修改./project-spec/meta-user/recipes-bsp/device-tree/device-tree-generation_%.bbappend这个文件，加入文本
file://board-user.dtsi
两个必须同时修改了，才有效果，否则会出错说找不到文件。
下面我们来往system-conf.dtsi中加信息。
ZCU102
/include/ "system-conf.dtsi"
/ {
amba_pl@0 {
#address-cells = <2>;
#size-cells = <2>;
compatible = "simple-bus";
ranges ;
gpio@a0000000 {
#gpio-cells = <2>;
#interrupt-cells = <2>;
compatible = "generic-uio";
gpio-controller ;
interrupt-controller ;
interrupt-parent = <&gic>;
interrupts = <0 93 4>;
reg = <0x0 0xa0000000 0x0 0x10000>;
xlnx,all-inputs = <0x0>;
xlnx,all-inputs-2 = <0x0>;
xlnx,all-outputs = <0x1>;
xlnx,all-outputs-2 = <0x0>;
xlnx,dout-default = <0x00000000>;
xlnx,dout-default-2 = <0x00000000>;
xlnx,gpio-width = <0x8>;
xlnx,gpio2-width = <0x20>;
xlnx,interrupt-present = <0x1>;
xlnx,is-dual = <0x0>;
xlnx,tri-default = <0xFFFFFFFF>;
xlnx,tri-default-2 = <0xFFFFFFFF>;
};
uio@0 {
compatible = "generic-uio";
status = "okay";
interrupt-controller;
interrupt-parent = <&gic>;
interrupts = <0 89 1>;
};
uio@1 {
compatible = "generic-uio";
status = "okay";
interrupt-controller;
interrupt-parent = <&gic>;
interrupts = <0 90 2>;
};
uio@2 {
compatible = "generic-uio";
status = "okay";
interrupt-controller;
interrupt-parent = <&gic>;
interrupts = <0 91 4>;
};
uio@3 {
compatible = "generic-uio";
status = "okay";
interrupt-controller;
interrupt-parent = <&gic>;
interrupts = <0 92 8>;
};
};
chosen {
bootargs = "earlycon clk_ignore_unused uio_pdrv_genirq.of_id=generic-uio";
stdout-path = "serial0:115200n8";
};
};
&uart1
{
status = "disabled";
};
ZedBoard
/include/ "system-conf.dtsi"
/ {
amba_pl {
#address-cells = <1>;
#size-cells = <1>;
compatible = "simple-bus";
ranges ;
gpio@41200000 {
#gpio-cells = <2>;
#interrupt-cells = <2>;
compatible = "generic-uio";
gpio-controller ;
interrupt-controller ;
interrupt-parent = <&intc>;
interrupts = <0 33 4>;
reg = <0x41200000 0x10000>;
xlnx,all-inputs = <0x0>;
xlnx,all-inputs-2 = <0x0>;
xlnx,all-outputs = <0x1>;
xlnx,all-outputs-2 = <0x0>;
xlnx,dout-default = <0x00000000>;
xlnx,dout-default-2 = <0x00000000>;
xlnx,gpio-width = <0x8>;
xlnx,gpio2-width = <0x20>;
xlnx,interrupt-present = <0x1>;
xlnx,is-dual = <0x0>;
xlnx,tri-default = <0xFFFFFFFF>;
xlnx,tri-default-2 = <0xFFFFFFFF>;
};
uio@0 {
compatible = "generic-uio";
status = "okay";
interrupt-controller;
interrupt-parent = <&intc>;
interrupts = <0 29 1>;
};
uio@1 {
compatible = "generic-uio";
status = "okay";
interrupt-controller;
interrupt-parent = <&intc>;
interrupts = <0 30 2>;
};
uio@2 {
compatible = "generic-uio";
status = "okay";
interrupt-controller;
interrupt-parent = <&intc>;
interrupts = <0 31 4>;
};
uio@3 {
compatible = "generic-uio";
status = "okay";
interrupt-controller;
interrupt-parent = <&intc>;
interrupts = <0 32 8>;
};
};
chosen {
bootargs = "console=ttyPS0,115200 earlyprintk uio_pdrv_genirq.of_id=generic-uio";
stdout-path = "serial0:115200n8";
};
};
两个板子的内容不太一样，跟ZynqMP和Zynq的区别有关系，在这里不用太去考虑。只考虑dtsi文件中相同的地方。
首先因为我们四个中断号都没有硬件IP，所以PetaLinux并没有在pl.dtsi中给他们生成设备树信息，所以我们需要受动添加，如
uio@0 {
compatible = "generic-uio";
status = "okay";
interrupt-controller;
interrupt-parent = <&intc>;
interrupts = <0 29 1>;
};
看interrupts = <0 29 1>这个信息。
29代表了中断号，这个中断号是系统硬件中断号减去32得到的，1代表中断类型为上升沿触发。具体的可以去网上查一下。
看amba_pl下gpio@**中，跟PL.dtsi不同，将compatible的"xlnx,xps-gpio-1.00.a"改为了"generic-uio"，这样就将此axi_gpio_0改为了UIO的驱动类型。
看chosen的bootargs中增加了"uio_pdrv_genirq.of_id=generic-uio"。
ZynqMP和Zynq的一个区别需要注意，ZynqMP的interrupt-parent指向的是&gic, 而Zynq指向了&intc。其实可以再看看其他的dtsi文件，可以发现，intc其实也是指向了CPU的gic，所以说实际上是一样的，并没有使用PL侧的INTC IP核中断。
ZynqMP还需要将uart1的status设置为disabled，不进行这个配置的话，系统会卡死在下面的log处
[ 0.008300] Console: colour dummy device 80x25
[ 0.012558] console [tty0] enabled
[ 0.015924] bootconsole [cdns0] disabled
将uart1 disabled掉就可以正常启动了。具体原因不太清楚，在这里就先这样处理了。在ug1209中的说明也中关闭了uart1。
下面就可以进行编译了
$ petalinux-build
系统生成了新的文件目录/images/linux，将之前使用Xilinx SDK生成的fsbl.elf和pmufw.elf复制到到这个文件夹中。
生成boot.bin
//对于Zynq
$ petalinux-package --boot --fsbl=./images/linux/fsbl.elf --fpga --u-boot --force
//对于ZynqMP
$ petalinux-package --boot --fsbl=./images/linux/fsbl.elf --fpga --atf --pmufw --u-boot
//保存pre-built
$ petalinux-package --prebuilt --fpga ./images/linux/zed_video_wrapper.bit --force
将/images/linux目录下的boot.bin和image.ub复制到SD卡上，插到ZCU102上，启动板子。
输入用户名root，密码root
查看uio设备是否正常
发现少了两个uio
看前面的系统log，发现下降沿触发和低电平触发中断不可用，SW1和SW3不能用
只有AXI GPIO，SW0，SW2的中断可用
向上拨动SW0和SW2
再次拨动开关不能计数
是因为uio的终端处理函数被关闭了，需要调用write来重新打开
可以查看内核中的源码uio_pdrv_genirq.c和介绍 https://01.org/linuxgraphics/gfx-docs/drm/driver-api/uio-howto.html
何晔老师写到:
在结合驱动代码./drviver/uio/uio_pdrv_genirq.c可知，每个UIO设备会有对应的/dev/uioX的设备节点。用户态驱动程序的读操作会阻塞直到UIO硬件中断发生。UIO的中断处理程序uio_pdrv_denirq_handler()会关闭该硬件中断。用户态驱动程序需要通过write()函数来触发uio_pdrv_genirq_irqcontrol()以完成中断的使能和关闭。
使用echo 0x1 > /dev/uio1来写入，重新开启uio中断。
从何老师那里拷贝过来了两个测试代码，pin-uio-test.c和gpio-uio-test.c。对gpio-uio-test.c进行了修改，看了看LED灯的测试。
pin-uio-test.c
/*
* This application reads/writes GPIO devices with UIO.
*
*/
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
void usage(void)
{
printf("*argv[0] -d \n");
printf(" -d UIO device file. e.g. /dev/uio0");
return;
}//
int main(int argc, char *argv[])
{
int c;
int fd;
char *uiod;
unsigned i = 0;
unsigned icount;
int irq_on = 1;
int err;
printf("pin UIO test.\n");
while((c = getopt(argc, argv, "d:io:h")) != -1)
{
switch(c)
{
case 'd':
uiod=optarg;
break;
case 'h':
usage();
return 0;
default:
printf("invalid option: %c\n", (char)c);
usage();
return -1;
}
}
/* Open the UIO device file */
fd = open(uiod, O_RDWR);
if (fd < 1)
{
perror(argv[0]);
printf("Invalid UIO device file:%s.\n", uiod);
usage();
return -1;
}
for(i = 0; ; ++i)
{
/* Print out a message, for debugging. */
if (i == 0)
fprintf(stderr, "Started uio test driver.\n");
else
fprintf(stderr, "Interrupts: %d\n", icount);
/* enable IRQ, trigger the irqcontrol of driver */
write(fd, &irq_on, sizeof(irq_on));
/* Here we got an interrupt from the
device. Do something to it. */
err = read(fd, &icount, 4);
if (err != 4)
{
perror("uio read:");
break;
}
}
return 0;
}
###### gpio-uio-test.c
/*
* This application reads/writes GPIO devices with UIO.
*
*/
#include #include #include #include #include
#define IN 0
#define OUT 1
#define GPIO_MAP_SIZE 0x10000
#define GPIO_DATA_OFFSET 0x00
#define GPIO_TRI_OFFSET 0x04
#define GPIO2_DATA_OFFSET 0x08
#define GPIO2_TRI_OFFSET 0x0C
#define GIER 0x011C
#define IP_IER 0x0128
#define IP_ISR 0x0120
void usage(void)
{
printf("*argv[0] -d -i|-o \n");
printf(" -d UIO device file. e.g. /dev/uio0");
printf(" -i Input from GPIO\n");
printf(" -o Output to GPIO\n");
return;
}
int main(int argc, char *argv[])
{
int c;
int fd;
int direction=IN;
char *uiod;
int value = 0;
int valued = 0;
int irq_on = 1;
void *ptr;
printf("GPIO UIO test.\n");
while((c = getopt(argc, argv, "d:io:h")) != -1)
{
switch(c)
{
case 'd':
uiod=optarg;
break;
case 'i':
direction=IN;
break;
case 'o':
direction=OUT;
valued=atoi(optarg);
break;
case 'h':
usage();
return 0;
default:
printf("invalid option: %c\n", (char)c);
usage();
return -1;
}
}
/* Open the UIO device file */
fd = open(uiod, O_RDWR);
if (fd < 1)
{
perror(argv[0]);
printf("Invalid UIO device file:%s.\n", uiod);
usage();
return -1;
}
/* mmap the UIO device */
ptr = mmap(NULL, GPIO_MAP_SIZE, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd, 0);
/* Print Interrupt Registers */
value = *((unsigned *) (ptr + GIER));
printf("%s: GIER: %08x\n",argv[0], value);
value = *((unsigned *) (ptr + IP_IER));
printf("%s: IP_IER: %08x\n",argv[0], value);
value = *((unsigned *) (ptr + IP_ISR));
printf("%s: IP_ISR: %08x\n",argv[0], value);
/* Enable All Interrupts */
printf("%s: Enable All Interrupts in Regs\n", argv[0]);
*((unsigned *)(ptr + GIER)) = 0x80000000;
*((unsigned *)(ptr + IP_IER)) = 0x3;
*((unsigned *)(ptr + IP_ISR)) = 0x3;
/* Enable UIO interrupt */
write(fd, &irq_on, sizeof(irq_on));
if (direction == IN)
{
/* Read from GPIO */
*((unsigned *)(ptr + GPIO_TRI_OFFSET)) = 255;
value = *((unsigned *) (ptr + GPIO_DATA_OFFSET));
printf("%s: input: %08x\n",argv[0], value);
}
else
{
/* Write to GPIO */
*((unsigned *)(ptr + GPIO_TRI_OFFSET)) = 0;
value = valued;
*((unsigned *)(ptr + GPIO_DATA_OFFSET)) = value;
}
/* Print Interrupt Registers */
value = *((unsigned *) (ptr + GIER));
printf("%s: GIER: %08x\n",argv[0], value);
value = *((unsigned *) (ptr + IP_IER));
printf("%s: IP_IER: %08x\n",argv[0], value);
value = *((unsigned *) (ptr + IP_ISR));
printf("%s: IP_ISR: %08x\n",argv[0], value);
munmap(ptr, GPIO_MAP_SIZE);
return 0;
}
在虚拟机中编译
$ aarch64-linux-gnu-gcc pin-uio-test.c -o pin-uio-test
$ aarch64-linux-gnu-gcc gpio-uio-test.c -o gpio-uio-test
在ZCU102中测试，并拨开关和观察LED。
因为开关没有滤波，容易震荡产生多次中断。
实验结论
参考何老师的例子，学习了UIO外设驱动和中断的操作，对Linux驱动有了一些了解。同时测试了ZynqMp和Zynq器件，还解决了一些bug问题。
之后准备将我裸机的代码使用UIO来进行移植，因为像VDMA，Video Frame Buffer Write/Read，Video Mixer这些IP在内核中的驱动太复杂了，我搞不明白，还是直接操作寄存器来的方便些。毕竟我的系统不是很复杂的，裸机程序使用UIO来移植到Linux中还是相对简单的。