基于AM437x的FPGA與ARM通信測試

FPGA與ARM基于I2C通信測試

表 1

開發(fā)板型號

是否支持本實驗

TL437x-EVM

不支持

TL437x-EasyEVM

不支持

TL437x-IDK

不支持

TL437xF-EVM

支持

本測試程序將FPGA模擬成I2C設備，設備地址為0x2A，ARM使用I2C0總線對此I2C設備進行讀寫。

進入開發(fā)板文件系統(tǒng)的”/opt”目錄，執(zhí)行如下命令初始化FPGA程序加載功能的管腳。

Target# ./set_flash_fpga_pin.sh

執(zhí)行如下命令啟動FPGA程序加載功能，由ARM通過SPI總線加載.bit文件到FPGA中運行。打印信息中，如果FPGA_DONE的值為1，則表示.bit文件加載成功。

Target# ./flash_fpga.sh i2c_test.bit

圖 1

此.bit文件主要實現(xiàn)FPGA和ARM的I2C通信功能，.bit文件、.mcs文件和源碼位于FPGA光盤”Demo\app\IIC\”目錄下。

執(zhí)行如下命令查看掛載到I2C0總線的I2C設備地址，此處查詢到的地址為0x2A。

Target# i2cdetect -r -y 0

圖 2

執(zhí)行如下命令對I2C設備0x00地址寫0x55：

Target# i2cset -f -y 0 0x2a 0x00 0x55

執(zhí)行如下命令讀取I2C設備0x00地址的值：

Target# i2cget -f -y 0 0x2a 0x00

圖 3

執(zhí)行如下命令對I2C設備0x01地址寫0xe0，開發(fā)板底板FPGA端LED5、LED6、LED7會被點亮。

Target# i2cset -f -y 0 0x2a 0x01 0xe0

執(zhí)行如下命令對I2C設備0x01地址寫0x00，開發(fā)板底板FPGA端LED5、LED6、LED7會被熄滅。

Target# i2cset -f -y 0 0x2a 0x01 0x00

圖 4

FPGA端按鍵狀態(tài)會保存在I2C設備0x02地址中。執(zhí)行如下命令讀取I2C設備0x02地址的值：

Target# i2cget -f -y 0 0x2a 0x02

圖 5

分別長按開發(fā)板FPGA端按鍵KEY6、KEY7，并讀取I2C設備0x02地址的值，分別為0xC0、0xA0。

圖 6

FPGA與ARM基于GPMC通信測試

表?2

開發(fā)板型號

是否支持本實驗

TL437x-EVM

不支持

TL437x-EasyEVM

不支持

TL437x-IDK

不支持

TL437xF-EVM

支持

本測試程序將FPGA模擬成GPMC內存設備，對?Linux系統(tǒng)而言，等效于外接內存。使用GMPC總線進行讀寫操作時，只需通過?mmap函數(shù)將物理地址映射為用戶空間地址，就可以像對內存一樣進行讀寫操作。

進入開發(fā)板文件系統(tǒng)的”/opt”目錄，執(zhí)行如下命令初始化FPGA程序加載功能的管腳。

Target# ./set_flash_fpga_pin.sh

執(zhí)行如下命令啟動FPGA程序加載功能，由ARM通過SPI總線加載.bit文件到FPGA中運行。打印信息中，如果FPGA_DONE的值為1，則表示.bit文件加載成功。

Target# ./flash_fpga.sh gpmc.bit

圖 7

此.bit文件主要實現(xiàn)FPGA和ARM的GPMC通信功能，.bit文件、.mcs文件和源碼位于FPGA光盤”Demo\app\GPMC\”目錄下。

將ARM光盤"Demo\app\devmem2\bin"目錄的內存讀寫工具可執(zhí)行鏡像文件devmem2拷貝到開發(fā)板文件系統(tǒng)任意路徑。devmem2使用mmap將物理地址映射為進程的虛擬地址，然后對這個虛擬地址進行讀寫操作。

在devmem2文件所在路徑，執(zhí)行如下命令進行讀寫。

Target# ./devmem2?0x1000000?10000000?m?0x12

圖 8

以上命令的作用是：向物理地址0x01000000中，寫入長度為10000000字節(jié)數(shù)據(jù)0x12，然后將其讀取出來，從而獲得讀寫速度以及錯誤率。讀寫時，使用"memset/memcpy"函數(shù)。

FPGA連接到ARM的GPMC總線CS1的起始地址為0x1000000，GPMC數(shù)據(jù)線位寬為16bit，數(shù)據(jù)線地址線復用，已設置最大訪問范圍是16MB。

"error rate=0.0%"表示讀取回來的數(shù)據(jù)與寫入的數(shù)據(jù)一致，即GPMC通信正常。

devmem2工具使用說明

devmem2工具測試內存讀寫速率以及錯誤率，命令格式為：devmem2 phy_addr length type data，含義是向地址phy_addr中寫入length字節(jié)的data，然后將其讀取出來，從而獲得讀寫的速度以及錯誤率。

每次讀寫的寬度根據(jù)type來確定，phy_addr表示物理地址，length表示讀寫的長度（以字節(jié)為單位），type可選b、h、w、m 或 d。

b：每次讀寫8位。

h：每次讀寫16位。

w：每次讀寫32位。

m：每次讀寫8位。調用memset進行寫，調用memcpy進行讀。

d：每次讀寫32位。

當type參數(shù)為b、h、w、m時，輸出讀寫數(shù)據(jù)的大小、讀寫速度以及錯誤率。當type 參數(shù)為d時，輸出寫到指定內存和從中讀取出來的值。

data表示將要寫進內存的內容，為32位無符號整型數(shù)。但是在寫時會根據(jù)每次讀寫的寬度進行截取。當type參數(shù)為b或者m時，將data截取前8位。當type參數(shù)為h時，將data截取前16位。當type參數(shù)為w時，不截取。

（4）對同一個物理地址，根據(jù)不同的參數(shù)，讀取的結果會有差異。經(jīng)過測試，使用m選項進行讀寫時，可以獲得較高的讀寫速率。另外，讀寫數(shù)據(jù)的長度length越大，測得的讀寫速度越準確。

AD8568數(shù)據(jù)采集顯示綜合例程

表?3

開發(fā)板型號

是否支持本實驗

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采集模塊進行測試。此模塊基于TI公司的ADS8568芯片，8通道、雙極性、16位、510KSPS，用于并行采集多路AD數(shù)據(jù)。

例程實現(xiàn)的功能是：FPGA控制AD8568進行數(shù)據(jù)采集，再將采集到的數(shù)據(jù)通過GPMC總線送到ARM端，ARM端使用運行Qt顯示采集到的信號波形。整個過程的流程示意圖大致如下：

進入內核源碼，打開”arch/arm/boot/dts/”目錄下的對應板型的設備樹源文件。

NAND FLASH版本TL437xF-EVM開發(fā)板：am437x-gp-evm-fpga-nandflash.dts

eMMC版本TL437xF-EVM開發(fā)板：am437x-gp-evm-fpga-emmc.dts

在如下對應位置添加以下代碼，注冊按鍵事件來接收FPGA采集完成的中斷，如下圖所示：

button@2 {

label = "user-gpio5_7";

linux,code = <240>;

gpios = <&gpio5 7 GPIO_ACTIVE_LOW>;

gpio-key,wakeup;

debounce-interval=<0>;

};

圖 9

在如下對應位置添加以下代碼，設置中斷管腳為輸入模式，如下圖所示：

0x25c (PIN_INPUT_PULLUP | MUX_MODE7) /*emu1.gpio5_7 */

圖 10

修改完成后，重新編譯設備樹，使用“arch/arm/boot/dts”目錄下新生成的.dtb設備樹文件啟動開發(fā)板文件系統(tǒng)。ARM光盤”Demo\qt\AD8568_GPMC\bin”目錄下的am437x-gp-evm.dtb為驗證通過的設備樹文件。

ARM光盤”Demo\qt\AD8568_GPMC\bin”目錄下的AD_Test為Qt程序可執(zhí)行鏡像。ARM光盤”Demo\qt\AD8568_GPMC\src\AD_Test”目錄為工程源碼。如果需要重新編譯工程，請修改工程源碼目錄下的AD_Test.pro文件中的QWT組件的安裝路徑參數(shù)為實際安裝路徑。

將Qt程序可執(zhí)行鏡像AD_Test拷貝開發(fā)板文件系統(tǒng)任意路徑下。將ARM光盤”Demo\qt\AD8568_GPMC\bin\lib”目錄下的所有相關庫文件拷貝到開發(fā)板文件系統(tǒng)“/usr/lib”目錄下。

將FPGA光盤“Demo\app\AD8568_GPMC\bin”目錄下的.bit文件ad8568_gpmc-0.bit/ad8568_gpmc-1.bit拷貝到開發(fā)板文件系統(tǒng)”/opt”目錄。FPGA光盤“Demo\app\AD8568_GPMC\src”為FPGA工程源碼。

開發(fā)板連接7寸LCD顯示屏，將AD模塊插入到開發(fā)板的FPGA ExPORT0/ExPORT1接口，并將模塊對應通道連接信號源發(fā)生器的輸入端，然后將模塊AGND連接信號源發(fā)生器的地。模塊量程為±10V。

執(zhí)行如下命令終止Matrix程序：

Target# /etc/init.d/matrix-gui-2.0 stop

進入開發(fā)板文件系統(tǒng)的”/opt”目錄，執(zhí)行如下命令初始化FPGA程序加載功能的管腳。

Target# ./set_flash_fpga_pin.sh

執(zhí)行如下命令啟動FPGA程序加載功能，由ARM通過SPI總線加載.bit文件到FPGA中運行。打印信息中，如果FPGA_DONE的值為1，則表示.bit文件加載成功。

Target# ./flash_fpga.sh ad8568_gpmc-0.bit

圖 11

此.bit文件主要實現(xiàn)FPGA端采集AD數(shù)據(jù)，并通過GPMC總線把數(shù)據(jù)送往ARM端。

在AD_Test所在路徑下，執(zhí)行如下命令運行Qt程序，顯示AD數(shù)據(jù)波形。

Target# ./AD_Test -plugin Tslib

圖 12

點擊屏幕上的pause按鈕后，波形暫停在某個狀態(tài)，再點擊start按鈕，屏幕又開始顯示動態(tài)的波形，點擊Exit退出顯示。

基于TL37xF-EVM的GPMC數(shù)據(jù)讀取

表 4

開發(fā)板型號

是否支持本實驗

TL437x-EVM

不支持

TL437x-EasyEVM

不支持

TL437x-IDK

不支持

TL437xF-EVM

支持

本實驗使用TL437xF-EVM開發(fā)板，SOM-TL437xF核心板硬件鏈接上，AM437x已通過GPMC總線連接FPGA芯片，并配置為異步、地址數(shù)據(jù)線復用的通信模式。實際連接中只用16位數(shù)據(jù)線，不使用地址線。

本實驗實現(xiàn)功能：ARM端通過GPMC讀取FPGA端的數(shù)據(jù)，F(xiàn)PGA端實現(xiàn)每個nOE信號下降沿來的時候，把16bit的數(shù)據(jù)送到GPMC_DATA端口，并自加一次。

圖 13

設備樹源碼修改及編譯

本實驗需要按照如下方法配置設備樹文件下的GPMC時序。為便于客戶測試，我司提供經(jīng)驗證的dtb文件位于“光盤\Demo\app\gpmc_edma_read\bin”目錄下。直接將其拷貝到開發(fā)板文件系統(tǒng)“/boot”目錄即可。

打開Ubuntu，進入Linux內核源碼頂層目錄執(zhí)行如下指令，打開TL437xF-EVM開發(fā)板對應的設備樹源文件：

Host# vi arch/arm/boot/dts/am437x-gp-evm-fpga-nandflash.dts

圖 14

按照下圖方法，在打開的設備樹源文件“nor@1,0”節(jié)點中配置GPMC的時序：

gpmc,mux-add-data = <0>;?/* 1: address-address-data multiplexing mode, 2: address-data multiplexing mode. ?配置為模式0表示不使用地址*/

gpmc,cs-on-ns = <0>;

gpmc,cs-rd-off-ns = <28>;

gpmc,cs-wr-off-ns = <5>;

gpmc,adv-on-ns = <0>;

gpmc,adv-rd-off-ns = <0>;

gpmc,adv-wr-off-ns = <0>;

gpmc,oe-on-ns = <10>;

gpmc,oe-off-ns = <10>;

gpmc,we-on-ns = <5>;

gpmc,we-off-ns = <5>;

gpmc,rd-cycle-ns = <28>;

gpmc,wr-cycle-ns = <10>;

gpmc,access-ns = <20>;

gpmc,page-burst-access-ns = <0>;

gpmc,wr-data-mux-bus-ns = <0>;

gpmc,wr-access-ns = <0>;

圖 15

配置完成后保存退出，在內核源碼頂層目錄下執(zhí)行如下指令編譯生成“arch/arm/boot/dts/am437x-gp-evm-fpga-nandflash.dts”設備樹文件。

Host# make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- am437x-gp-evm-fpga-nandflash.dtb

圖 16

將編譯生成的“am437x-gp-evm-fpga-nandflash.dtb”文件重命名為am437x-gp-evm.dtb，并替換掉SD系統(tǒng)啟動卡rootfs分區(qū)“/boot”目錄下原來的am437x-gp-evm.dtb文件。

使用EDMA連續(xù)讀取數(shù)據(jù)測試

將光盤“Demo\app\gpmc_edma_read\bin”目錄下gpmc_edma_read.ko和gpmc_fifo.bit文件拷貝到開發(fā)板文件系統(tǒng)“/opt”目錄下。

開發(fā)板上電啟動，進入文件系統(tǒng)的“/opt”目錄，執(zhí)行如下命令初始化FPGA程序加載功能的管腳。

Target#? ./set_flash_fpga_pin.sh

圖 17

執(zhí)行如下命令燒寫FPGA端的gpmc_fifo.bit文件，打印信息中，如果FPGA_DONE的值為1，則表示.bit文件加載成功。

Target# ./flash_fpga.sh gpmc_fifo.bit

圖 18

執(zhí)行如下指令加載gpmc_edma_read.ko驅動模塊，由下圖可見使用EDMA連續(xù)讀取到的數(shù)據(jù)從FFFF遞減1到F000：

Target# insmod gpmc_edma_read.ko

圖 19

本次傳輸數(shù)據(jù)大小為8 Kbytes，傳輸時間為169-35=134us，可以算出使用EDMA數(shù)據(jù)傳輸數(shù)率大小約為60MB/s。

不使用EDMA連續(xù)讀取數(shù)據(jù)測試

將光盤“Demo\app\gpmc_edma_read\bin”目錄下的tl-devmem2_read文件拷貝到開發(fā)板文件系統(tǒng)“/opt”目錄下。

開發(fā)板上電進入文件系統(tǒng)的“/opt”目錄，依次執(zhí)行如下命令初始化FPGA程序加載功能的管腳，并燒寫FPGA端的gpmc_fifo.bit文件：

Target#? ./set_flash_fpga_pin.sh

Target# ./flash_fpga.sh gpmc_fifo.bit

圖 20

執(zhí)行如下指令，不使用EDMA，在CPU控制下連續(xù)讀取FPGA端的數(shù)據(jù)：

Target# ./tl-devmem2_read 0x1000000 2048 m 0x12

、圖 21

由上圖可見，在這種模式下，數(shù)據(jù)傳輸速率為33.675MB/s，并且CPU的占用率會比較高。

ARM FPGA

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