基于AM437x的FPGA与ARM通信测试
FPGA与ARM基于I2C通信测试
表 1
开发板型号 |
是否支持本实验 |
TL437x-EVM |
不支持 |
TL437x-EasyEVM |
不支持 |
TL437x-IDK |
不支持 |
TL437xF-EVM |
支持 |
本测试程序将FPGA模拟成I2C设备,设备地址为0x2A,ARM使用I2C0总线对此I2C设备进行读写。
进入开发板文件系统的”/opt”目录,执行如下命令初始化FPGA程序加载功能的管脚。
Target# ./set_flash_fpga_pin.sh
执行如下命令启动FPGA程序加载功能,由ARM通过SPI总线加载.bit文件到FPGA中运行。打印信息中,如果FPGA_DONE的值为1,则表示.bit文件加载成功。
Target# ./flash_fpga.sh i2c_test.bit
图 1
此.bit文件主要实现FPGA和ARM的I2C通信功能,.bit文件、.mcs文件和源码位于FPGA光盘”Demo\app\IIC\”目录下。
执行如下命令查看挂载到I2C0总线的I2C设备地址,此处查询到的地址为0x2A。
Target# i2cdetect -r -y 0
图 2
执行如下命令对I2C设备0x00地址写0x55:
Target# i2cset -f -y 0 0x2a 0x00 0x55
执行如下命令读取I2C设备0x00地址的值:
Target# i2cget -f -y 0 0x2a 0x00
图 3
执行如下命令对I2C设备0x01地址写0xe0,开发板底板FPGA端LED5、LED6、LED7会被点亮。
Target# i2cset -f -y 0 0x2a 0x01 0xe0
执行如下命令对I2C设备0x01地址写0x00,开发板底板FPGA端LED5、LED6、LED7会被熄灭。
Target# i2cset -f -y 0 0x2a 0x01 0x00
图 4
FPGA端按键状态会保存在I2C设备0x02地址中。执行如下命令读取I2C设备0x02地址的值:
Target# i2cget -f -y 0 0x2a 0x02
图 5
分别长按开发板FPGA端按键KEY6、KEY7,并读取I2C设备0x02地址的值,分别为0xC0、0xA0。
图 6
FPGA与ARM基于GPMC通信测试
表 2
开发板型号 |
是否支持本实验 |
TL437x-EVM |
不支持 |
TL437x-EasyEVM |
不支持 |
TL437x-IDK |
不支持 |
TL437xF-EVM |
支持 |
本测试程序将FPGA模拟成GPMC内存设备,对 Linux系统而言,等效于外接内存。使用GMPC总线进行读写操作时,只需通过 mmap函数将物理地址映射为用户空间地址,就可以像对内存一样进行读写操作。
进入开发板文件系统的”/opt”目录,执行如下命令初始化FPGA程序加载功能的管脚。
Target# ./set_flash_fpga_pin.sh
执行如下命令启动FPGA程序加载功能,由ARM通过SPI总线加载.bit文件到FPGA中运行。打印信息中,如果FPGA_DONE的值为1,则表示.bit文件加载成功。
Target# ./flash_fpga.sh gpmc.bit
图 7
此.bit文件主要实现FPGA和ARM的GPMC通信功能,.bit文件、.mcs文件和源码位于FPGA光盘”Demo\app\GPMC\”目录下。
将ARM光盘"Demo\app\devmem2\bin"目录的内存读写工具可执行镜像文件devmem2拷贝到开发板文件系统任意路径。devmem2使用mmap将物理地址映射为进程的虚拟地址,然后对这个虚拟地址进行读写操作。
在devmem2文件所在路径,执行如下命令进行读写。
Target# ./devmem2 0x1000000 10000000 m 0x12
图 8
以上命令的作用是:向物理地址0x01000000中,写入长度为10000000字节数据0x12,然后将其读取出来,从而获得读写速度以及错误率。读写时,使用"memset/memcpy"函数。
FPGA连接到ARM的GPMC总线CS1的起始地址为0x1000000,GPMC数据线位宽为16bit,数据线地址线复用,已设置最大访问范围是16MB。
"error rate=0.0%"表示读取回来的数据与写入的数据一致,即GPMC通信正常。
- devmem2工具使用说明
- devmem2工具测试内存读写速率以及错误率,命令格式为:devmem2 phy_addr length type data,含义是向地址phy_addr中写入length字节的data,然后将其读取出来,从而获得读写的速度以及错误率。
- 每次读写的宽度根据type来确定,phy_addr表示物理地址,length表示读写的长度(以字节为单位),type可选b、h、w、m 或 d。
b:每次读写8位。
h:每次读写16位。
w:每次读写32位。
m:每次读写8位。调用memset进行写,调用memcpy进行读。
d:每次读写32位。
当type参数为b、h、w、m时,输出读写数据的大小、读写速度以及错误率。当type 参数为d时,输出写到指定内存和从中读取出来的值。
- data表示将要写进内存的内容,为32位无符号整型数。但是在写时会根据每次读写的宽度进行截取。当type参数为b或者m时,将data截取前8位。当type参数为h时,将data截取前16位。当type参数为w时,不截取。
(4)对同一个物理地址,根据不同的参数,读取的结果会有差异。经过测试,使用m选项进行读写时,可以获得较高的读写速率。另外,读写数据的长度length越大,测得的读写速度越准确。
AD8568数据采集显示综合例程
表 3
开发板型号 |
是否支持本实验 |
TL437x-EVM |
不支持 |
TL437x-EasyEVM |
不支持 |
TL437x-IDK |
不支持 |
TL437xF-EVM |
支持 |
本例程使用TL8568P/TL8568-B的AD采集模块进行测试。此模块基于TI公司的ADS8568芯片,8通道、双极性、16位、510KSPS,用于并行采集多路AD数据。
例程实现的功能是:FPGA控制AD8568进行数据采集,再将采集到的数据通过GPMC总线送到ARM端,ARM端使用运行Qt显示采集到的信号波形。整个过程的流程示意图大致如下:
进入内核源码,打开”arch/arm/boot/dts/”目录下的对应板型的设备树源文件。
NAND FLASH版本TL437xF-EVM开发板:am437x-gp-evm-fpga-nandflash.dts
eMMC版本TL437xF-EVM开发板:am437x-gp-evm-fpga-emmc.dts
在如下对应位置添加以下代码,注册按键事件来接收FPGA采集完成的中断,如下图所示:
label = "user-gpio5_7";
linux,code = <240>;
gpios = <&gpio5 7 GPIO_ACTIVE_LOW>;
gpio-key,wakeup;
debounce-interval=<0>;
};
图 9
在如下对应位置添加以下代码,设置中断管脚为输入模式,如下图所示:
0x25c (PIN_INPUT_PULLUP | MUX_MODE7) /*emu1.gpio5_7 */
图 10
修改完成后,重新编译设备树,使用“arch/arm/boot/dts”目录下新生成的.dtb设备树文件启动开发板文件系统。ARM光盘”Demo\qt\AD8568_GPMC\bin”目录下的am437x-gp-evm.dtb为验证通过的设备树文件。
ARM光盘”Demo\qt\AD8568_GPMC\bin”目录下的AD_Test为Qt程序可执行镜像。ARM光盘”Demo\qt\AD8568_GPMC\src\AD_Test”目录为工程源码。如果需要重新编译工程,请修改工程源码目录下的AD_Test.pro文件中的QWT组件的安装路径参数为实际安装路径。
将Qt程序可执行镜像AD_Test拷贝开发板文件系统任意路径下。将ARM光盘”Demo\qt\AD8568_GPMC\bin\lib”目录下的所有相关库文件拷贝到开发板文件系统“/usr/lib”目录下。
将FPGA光盘“Demo\app\AD8568_GPMC\bin”目录下的.bit文件ad8568_gpmc-0.bit/ad8568_gpmc-1.bit拷贝到开发板文件系统”/opt”目录。FPGA光盘“Demo\app\AD8568_GPMC\src”为FPGA工程源码。
开发板连接7寸LCD显示屏,将AD模块插入到开发板的FPGA ExPORT0/ExPORT1接口,并将模块对应通道连接信号源发生器的输入端,然后将模块AGND连接信号源发生器的地。模块量程为±10V。
执行如下命令终止Matrix程序:
Target# /etc/init.d/matrix-gui-2.0 stop
进入开发板文件系统的”/opt”目录,执行如下命令初始化FPGA程序加载功能的管脚。
Target# ./set_flash_fpga_pin.sh
执行如下命令启动FPGA程序加载功能,由ARM通过SPI总线加载.bit文件到FPGA中运行。打印信息中,如果FPGA_DONE的值为1,则表示.bit文件加载成功。
Target# ./flash_fpga.sh ad8568_gpmc-0.bit
图 11
此.bit文件主要实现FPGA端采集AD数据,并通过GPMC总线把数据送往ARM端。
在AD_Test所在路径下,执行如下命令运行Qt程序,显示AD数据波形。
Target# ./AD_Test -plugin Tslib
图 12
点击屏幕上的pause按钮后,波形暂停在某个状态,再点击start按钮,屏幕又开始显示动态的波形,点击Exit退出显示。
基于TL37xF-EVM的GPMC数据读取
表 4
开发板型号 |
是否支持本实验 |
TL437x-EVM |
不支持 |
TL437x-EasyEVM |
不支持 |
TL437x-IDK |
不支持 |
TL437xF-EVM |
支持 |
本实验使用TL437xF-EVM开发板,SOM-TL437xF核心板硬件链接上,AM437x已通过GPMC总线连接FPGA芯片,并配置为异步、地址数据线复用的通信模式。实际连接中只用16位数据线,不使用地址线。
本实验实现功能:ARM端通过GPMC读取FPGA端的数据,FPGA端实现每个nOE信号下降沿来的时候,把16bit的数据送到GPMC_DATA端口,并自加一次。
图 13
设备树源码修改及编译
本实验需要按照如下方法配置设备树文件下的GPMC时序。为便于客户测试,我司提供经验证的dtb文件位于“光盘\Demo\app\gpmc_edma_read\bin”目录下。直接将其拷贝到开发板文件系统“/boot”目录即可。
打开Ubuntu,进入Linux内核源码顶层目录执行如下指令,打开TL437xF-EVM开发板对应的设备树源文件:
Host# vi arch/arm/boot/dts/am437x-gp-evm-fpga-nandflash.dts
图 14
按照下图方法,在打开的设备树源文件“[email protected],0”节点中配置GPMC的时序:
gpmc,mux-add-data = <0>; /* 1: address-address-data multiplexing mode, 2: address-data multiplexing mode. 配置为模式0表示不使用地址*/
gpmc,access-ns = <20>;
gpmc,page-burst-access-ns = <0>;
gpmc,wr-data-mux-bus-ns = <0>;
图 15
配置完成后保存退出,在内核源码顶层目录下执行如下指令编译生成“arch/arm/boot/dts/am437x-gp-evm-fpga-nandflash.dts”设备树文件。
Host# make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- am437x-gp-evm-fpga-nandflash.dtb
图 16
将编译生成的“am437x-gp-evm-fpga-nandflash.dtb”文件重命名为am437x-gp-evm.dtb,并替换掉SD系统启动卡rootfs分区“/boot”目录下原来的am437x-gp-evm.dtb文件。
使用EDMA连续读取数据测试
将光盘“Demo\app\gpmc_edma_read\bin”目录下gpmc_edma_read.ko和gpmc_fifo.bit文件拷贝到开发板文件系统“/opt”目录下。
开发板上电启动,进入文件系统的“/opt”目录,执行如下命令初始化FPGA程序加载功能的管脚。
Target# ./set_flash_fpga_pin.sh
图 17
执行如下命令烧写FPGA端的gpmc_fifo.bit文件,打印信息中,如果FPGA_DONE的值为1,则表示.bit文件加载成功。
Target# ./flash_fpga.sh gpmc_fifo.bit
图 18
执行如下指令加载gpmc_edma_read.ko驱动模块,由下图可见使用EDMA连续读取到的数据从FFFF递减1到F000:
Target# insmod gpmc_edma_read.ko
图 19
本次传输数据大小为8 Kbytes,传输时间为169-35=134us,可以算出使用EDMA数据传输数率大小约为60MB/s。
不使用EDMA连续读取数据测试
将光盘“Demo\app\gpmc_edma_read\bin”目录下的tl-devmem2_read文件拷贝到开发板文件系统“/opt”目录下。
开发板上电进入文件系统的“/opt”目录,依次执行如下命令初始化FPGA程序加载功能的管脚,并烧写FPGA端的gpmc_fifo.bit文件:
Target# ./set_flash_fpga_pin.sh
Target# ./flash_fpga.sh gpmc_fifo.bit
图 20
执行如下指令,不使用EDMA,在CPU控制下连续读取FPGA端的数据:
Target# ./tl-devmem2_read 0x1000000 2048 m 0x12
、图 21
由上图可见,在这种模式下,数据传输速率为33.675MB/s,并且CPU的占用率会比较高。