Microsoft PowerPoint - soc_fpga_software_dev.ppt [相容模式]

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阳新喻
6 years ago
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1 SoC FPGA Training -- software development 1

2 教学目的学习基于 SoC FPGA 嵌入式软件开发流程熟悉 Altera SoC EDS 软件开发工具熟悉 Makefile 编写熟悉 SoC FPGA HPS 地址映射 2

3 软件开发流程 1. 编写 C 语言程序文件 (.c /.h 文件 ) 2. 为软件设计创建 Makefile, 制定编译规则 3. 使用编译器生成可执行文件 4. 在 DE1-SoC 上启动 Linux 5. 拷贝可执行文件到 Linux 中并执行测试 3

4 实验内容实验一 : Hello World 实验 4

5 实验一 HPS Hello world 实验 : 在串口终端输出 :! Hello world 5

6 编写 Makefile # TARGET = my_first_hps # CROSS_COMPILE = arm-linux-gnueabihf- 可执行文件名交叉编译环境 CFLAGS = -g -Wall -I ${SOCEDS_DEST_ROOT}/ip/altera/hps/altera_hps/hwlib/include DEST hps/hwlib/include LDFLAGS = -g -Wall CC = $(CROSS_COMPILE)gcc ARCH= arm build: $(TARGET) Compile flags $(TARGET): main.o $(CC) $(LDFLAGS) $^ -o $@ %.o : %.c $(CC) $(CFLAGS) -c $< -o $@.PHONY: clean clean: rm -f $(TARGET) *.a *.o *~ 6

7 拷贝文件至 SD Card 1. microsd card,linux 环境下 copy(root 权限 ) 2. ssh 网络传输 ( 基于 scp shell command) 3. USB 口 -U 盘拷贝 (mount shell command) 7

8 8

9 复制文件 : (1) 将本地文件拷贝到远程 scp 操作方法 scp 计算机 IP 或者计算机名称 : 远程路径 (2) 从远程将文件拷回本地 scp 计算机 IP 或者计算机名称 : 文件名本地路径复制目录 : (1) 将本地目录拷贝到远程 scp -r 目录名 (2) 从远程将目录拷回本地计算机 IP 或者计算机名称 : 远程路径 scp -r 计算机 IP 或者计算机名称 : 目录名本地路径 9

10 U 盘 mount 操作方法 mount 命令格式 : mount [-t vfstype] [-o options] device dir 1)vfstype : Windows 9x fat32 文件系统 :vfat; Windows NT ntfs 文件系统 :ntfs 2)options: 采用只读方式挂接设备 :ro ; 采用读写方式挂接设备 rw 3)device: 要挂接 (mount) 的设备 4)dir: 设备在系统上的挂接点 (mount point) 5) 使用 umount 卸载 mount 挂载的设备 10

11 U 盘 mount 操作方法 1.Copy 编译好的可执行文件到 U 盘 2.DE1-SoC 的 USB 接口 (USB1/2) 接入 U 盘 3. 在 DE1-SoC 的串口终端输入以下命令 : mount -t vfat /dev/sda1 /mnt cp -p /mnt/ 可执行文件名 /home/root umount t/ /mnt 11

12 实验一教材第 89 页 de1_soc_traning\lab\sw\de1_soc_sw_lab1 1. Altera Embedded Command shell 第 93 页 2. PuTTY 串口终端位置 : de1_soc_traning\tool\ssh\putty.exe 启动方法 : 教材第 25 页 3. U 盘拷贝方法 : 教材第 99 页 ls 命令 : 查看清单 ls 查看当前目录下的子目录和文件 ls /dev 查看挂接的设备 ( 比如 U 盘的 sda1) ls /mnt 查看 mnt 12

13 实验内容实验一 : HPS Hello world 实验实验二 : HPS GPIO 实验 13

14 实验二 HPS GPIO 实验控制 HPS 端的 LED 和 KEY 14

15 MPU L3 SDRAM 15

16 HPS/ARM address map MPU=L2 层主 master 32-bit address space L2/3/4 地址空间寻址 16

17 17

18 GPIO Address map How to address the GPIO? 18

19 19

20 HPS 外设 20

21 GPIO Controller 支持数字消抖可配置的中断模式支持上限至 71 I/O 引脚,14 输入引脚这些引脚由 3 个 GPIO 控制器控制 GPIO0 控制器 GPIO1 控制器 GPIO2 控制器 GPIO0 控制器 GPIO1 控制器 GPIO2 控制器 21

22 GPIO 寄存器组 gpio_swporta_ddr: 配置 IO 引脚方向 gpio_swporta_dr: 写数据到输出引脚 gpio_ext_porta: porta: 从输入引脚读取数据 22

23 HPS LED&KEY HPS_LED&HPS_KEY 是怎样和 GPIO Controller 关联上的呢? 23

24 HPS LED&KEY HPS_LED,HPS_KEY 连接到 GPIO1 控制器的 bit-24 和 bit-25 我们可以通过控制 GPIO1 控制器来实现操作 HPS_LED,HPS_KEY 24

25 软件 API open: 用来打开内存映射设备驱动 mmap: 映射物理地址到用户空间 alt_read_word: 从指定寄存器读取一个值 alt_write_word: 写入一个值到指定寄存器 munmap: 清除内存映射 close: 关闭设备驱动 alt_setbits_word: 设定指定寄存器的指定位为 1 alt_clrbits_word: 设定指定寄存器的指定位为 0 25

26 映射 GPIO1 控制器物理地址到用户空间 1. 用 open 函数打开内存映射设备驱动 2. mmap 函数得到对应的虚拟基地址 3. 虚拟基地址加上 GPIO1 控制器各寄存器的偏移地址, 即 GPIO1 控制器各寄存器的地址入口 26

27 快速概览 1. 使用 open,mmap 得出虚拟基地址 if( ( fd = open( "/dev/mem", ( O_RDWR O_SYNC ) ) ) == -1 ) { printf( "ERROR: could not open \"/dev/mem\"...\n" ); return( 1 ); } virtual_base = mmap( NULL, HW_REGS_SPAN, ( PROT_READ PROT_WRITE ), MAP_SHARED, fd, HW_REGS_BASE ); 27

28 快速概览 2. 虚拟地址 +GPIO 寄存器偏移地址得出地址入口例 :GPIO1 IO 方向寄存器 gpio_swporta_ddr ( virtual_base + ( ( uint32_t )( ALT_GPIO1_SWPORTA_DDR_ADDR ) & ( uint32_t )( HW_REGS_MASK ) ) ) 28

29 快速概览 3. 根据电路图理解 HPS_LED,HPS_KEY 在 GPIO1 控制器的相应 bit #define USER_IO_DIR (0x ) #define BIT_LED (0x ) #define BUTTON_MASK (0x ) 29

30 快速概览通过 Software API 结合 bit-mask 操作 HPS_LED, HPS_KEY alt_read_word,alt_write_word, alt_setbits_word,alt_clrbits_word alt_setbits_word( ( virtual_base + ( ( uint32_t t )( ALT_GPIO1_SWPORTA_DDR_ADDR ) & ( uint32_t )( HW_REGS_MASK ) ) ), USER_IO_DIR ); alt_read_word( ( virtual_base + ( ( uint32_t )( ALT_GPIO1_EXT_PORTA_ADDR PORTA ADDR ) & ( uint32_t t )( HW_REGS_MASK ) ) ) ); 30

31 实验二实验时间 31

32 实验二教材第 102 页 2014 Terasic Corporation de1_soc_traning\lab\sw\de1_soc_sw_lab2 1. Altera Embedded Command shell 第 111 页 2. PuTTY 串口终端位置 : d1 de1_soc_traning\tool\ssh\putty.exe tt 启动方法 : 教材第 25 页 3. U 盘拷贝方法 : 教材第 99 页 ls 命令 : 查看清单 ls 查看当前目录下的子目录和文件 ls /dev 查看挂接的设备 ( 比如 U 盘的 sda1) ls /mnt 查看 mnt 32

33 实验内容实验一 : HPS Hello world 实验实验二 : HPS GPIO 实验实验三 : HPS 控制 FPGA LED 实验 33

34 实验三 HPS 控制 FPGA LED 实验 HPS/ARM 透过轻量级 AXI 桥控制 FPGA 端的 LEDs 34

35 AXI bridge 位宽差异在实验三中,HPS/ARM 将透过轻量级 AXI 桥控制 FPGA LEDs 时钟差异 HPS Clock Manager 35

36 36

37 如何让 HPS/ARM 控制 FGPA 端 LED 1. Hardware: 在 Qsys 中把 GPIO IP Core 连接到 Light Weight AXI Bridge Master 上. 2. Software: 1. 映射 GPIO 组件物理地址到应用程序可以操作的虚拟地址 2. 应用程序通过得到的虚拟地址入口控制 FPGA LEDs 37

38 Hardware Quartus 工程将使用硬件设计实验创建的工程 1. 将用到它的下载文件 sof 文件 2. 以及执行 generate_hps_qsys_header.sh header sh 得到的 LED 信息 38

39 地址映射在实验二中我们知道要操作 HPS GPIO 等, 需要用 open,mmap 先得出相应的虚拟基地址, 再加上 GPIO 控制器各寄存器的偏移地址, 这样就能够访问相应的寄存器程序如何映射 FPGA 端的外设? 39

40 地址映射 1. open,mmap 映射到相应的虚拟基地址 2. LWAXI 总线相对于其虚拟基地址的偏移 (ALT_LWFPGASLVS_OFST & ( unsigned long)( HW_REGS_MASK ) 3. FPGA 外设相对于 LWAXI 的地址 (PIO_LED_BASE ) 40

41 地址映射 if( ( fd = open( ( "/dev/mem",/ " ( O_RDWR O_SYNC ) ) ) == -1){ } printf( "ERROR: could not open \"/dev/mem\"...\n" ); return( 1 ); virtual_base = mmap( NULL, HW_REGS_SPAN, ( PROT_READ PROT_ WRITE ), MAP_ SHARED, fd, HW_ REGS_ BASE ); 41

42 地址映射 h2p_lw_led_addr=virtual_base l dd it l +(( ( unsigned dl long )( ALT_LWFPGASLVS_OFST + PIO_LED_BASE ) & ( unsigned long)( HW_ REGS_ MASK ));); 42

43 PIO LED 基地址使用 generate_hps_qsys_header.sh 生成 qsys 信息的头文件 1. 运行 Altera SoC EDS command shell 2. cd 至 Quartus 工程文件夹 3. 输入./generate_hps_qys_header.sh 并敲 Enter 键执行 43

44 实验三实验时间 HPS 控制 FPGA LED 实验 HPS/ARM 通过 Light Weight AXI Bridge 控制 FPGA 端的 LEDs 44

45 实验三教材第 114 页 de1_soc_traning\lab\sw\de1_soc_sw_lab3 1. Altera Embedded Command shell 第 121 页 2. Sof 下载 : de1_soc_traning\lab\sw\de1_soc_lab3_hardware 方法 : 教材第 20 页 3. PuTTY 串口终端位置 : de1_soc_traning\tool\ssh\putty.exe exe 启动方法 : 教材第 25 页 4. U 盘拷贝方法 : 教材第 99 页 ls 命令 : 查看清单 ls 查看当前目录下的子目录和文件 ls /dev 查看挂接的设备 ( 比如 U 盘的 sda1) ls /mnt 查看 mnt 2014 Terasic Corporation 45

46 实验扩展 HPS_KEY 控制 FPGA LED 46

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