如何在Zynq SoC上开始使用FreeRTOS

ZYNQ上运行FreeRTOS

该项目演示如何在 Zynq SoC 上开始使用 FreeRTOS。

介绍

AMD Zynq SoC 器件将典型 FPGA 的可编程逻辑结构和 ARM 处理器内核提供的处理能力组合到单个芯片中，可用作构建各种嵌入式系统应用的平台。可以在 PL 中设计专用逻辑结构来处理计算密集型任务，而 PS 可以控制 PL 并提供用户应用程序。

内窥镜就是可以利用这种功能的产品的一个例子。视频链在 PL 中实现，处理来自摄像头的图像信号，并提供视频保存、分辨率更改、色彩校正等额外功能。然后可以将处理后的视频发送到显示接收器。

在本教程中，将展示如何在 Zynq PS 中在 FreeRTOS 内核上运行应用程序。

FreeRTOS 实时操作系统

在了解什么是 FreeRTOS 之前，我们先来看看开发嵌入式系统的三种方式：

三种方法的区别在于软件部分的开发方式。软件可以分为用户空间（应用程序所在的位置）和内核空间（驱动程序和库所在的位置）。软件的大小从裸机到嵌入式操作系统递增。

FreeRTOS 是一款专用于实时应用程序的开源操作系统。它们提供了可以构建应用程序的内核空间。开发人员能够定制 FreeRTOS 内核，允许构建具有实时约束的应用程序。不适合 RTOS 的应用程序的一个示例是运行成熟的 GUI。

接下来让我们深入了解如何在 Zynq PS 上设置 FreeRTOS。

Vivado 中的硬件设计

打开Vivado并在新创建的block design中添加Zynq PS。

在PS中自定义外设，我们这里主要注意添加 UART 外设。其他诸如GPIO、SD0、USB0 等按照自己的硬件启用。

保存并验证设计。然后创建 HDL wrapper、生成输出产品并生成比特流。将硬件平台信息导出为 XSA。

Vitis 软件开发

启动 Vitis IDE，并使用 XSA 创建一个新的平台项目。选择 freeRTOS 内核作为操作系统。

创建平台项目后，修改其BSP禁用xiltimer软件库。

然后搭建平台。现在使用 freeRTOS Hello World 模板创建一个新的应用程序项目。

在解释主要应用程序代码之前，我想提一下 freeRTOS 内核内的调度程序需要将计时器配置为默认频率 100Hz 才能运行。这可以是软件或硬件定时器。这就是为什么我选择在 BSP 中禁用软件定时器及其库。否则，应用程序运行时会与硬件定时器发生冲突。

主应用程序使用 xTaskCreate() 函数定义两个 FreeRTOS 任务：

然后，它将硬件定时器配置为 10 秒，之后就会过期。

现在重要的是要弄清楚该设计使用的是哪个硬件定时器？请记住，在 Vivado 中自定义 Zynq PS 时，我们没有启用任何此类定时器 (TTC/SWDT)。我们可以查看平台项目中存在的移植代码。

portZynq7000.c 文件包含有关如何移植 freeRTOS 内核以适应基于 Zynq 7000 SoC 的设备的信息。打开后我们可以看到如下的条件定义：

因此，在禁用 xiltimer 后，设计依赖于使用 scutimer 生成定时器中断。此 scutimer 是指每个 ARM-A9 内核内存在的 CPU 专用定时器。

如果详细阅读 portZynq7000.c，就可以看到如何使用 scutimer 和 scugic 来设置定时器中断。

定时器启动后，使用 vTaskStartScheduler() 调用启动 freeRTOS 内核的调度程序。调度程序将启动上面定义的两个任务，并且程序将执行这两个任务中定义的任何代码。

最终结果

成功构建软件后，在板上运行应用程序。就会看到以下文本打印在 UART 控制台中：

结论

就是这样！您已准备好开始在 Zynq SoC 上运行的 freeRTOS 内核上开发更复杂的程序。

审核编辑：汤梓红