访问DDR3和GPIO - 将PetaLinux移植到FPGA上的原因和步骤详解

1. 访问DDR3

我们使用名为DDR3-test.c的PetaLinux应用访问DDR3存储器。该应用经过精心设计，可向DDR存储器位置写入数据并从这里读取数据。DDR3是双列直插式存储器模块，可提供用于存储用户代码和数据的SDRAM。如上文所述，用户需要知道DDR存储器的开始地址和结束地址，分别是0xC0000000和0xC7FFFFFF。存储器的容量为512兆字节。Linux内核驻留在DDR存储器的初始存储器位置。因此需要选择DDR3存储器的写入位置，以避免破坏Linux内核。我们使用以下命令向DDR3存储器写入数据：

#DDR3-test –g 0xc7000000 –o 15

其中DDR3-test是应用名称、-g是DDR3存储器的物理地址、-o是输出、15是准备在0xc7000000位置写入DDR3存储器的值。为测试该值是否能写入预计的位置，我们使用以下命令从DDR3存储器读取数据：

#DDR3-test –g 0xc7000000 –i

图7：通过QEMU运行PetaLinux

该应用旨在控制8位离散输出，可通过将板载LED连接至GPIO进行测试。

值15显示在终端上，这说明DDR3存储器读写操作正在成功进行。

2. 使用/dev/mem访问GPIO

对于接下来的应用测试，我们使用名为gpio-dev-mem-test.c的PetaLinux应用访问了通用I/O（GPIO）。该应用的设计目的是控制8位离散输出并通过将板载LED连接至GPIO来测试该输出。要从用户空间访问任何设备，就要先打开/dev/mem，然后使用mmap（）将设备映射至存储器。我们所使用LED GPIO的开始地址和结束地址分别是0x40000000 和0x4fffffff。

GPIO外设具有两个寄存器：数据寄存器（GPIO_DATA）和方向寄存器（GPIO_TRI_OFFSET）。为了读取GPIO的状态，我们将方向位设置为1（即GPIO_TRI_OFFSET=1）并且从数据寄存器读取数据。为了将数据写入到GPIO，我们设置方向位为0并写入值到数据寄存器。在PetaLinux终端上使用下列命令将数据写入到GPIO：

#gpio-dev-mem-test –g 0x40000000 –o 255

其中gpio-dev-mem-test为应用名称，-g为GPIO物理地址，-o为输出，255为从GPIO（连接到LED）发送的值。LED按编写的程序点亮时，测试的结果就得到了验证。

3. 使用UIO访问GPIO

访问GPIO的另一个途径是通过用户空间输入/输出。我们通过UIO，使用名为gpio-uio-test.c的PetaLinux应用访问了GPIO。该应用旨在控制8位离散输出，可通过将板载LED连接至GPIO进行测试。UIO设备在文件系统中表现为/dev/uioX。为通过UIO访问GPIO，我们打开了/dev/uioX或sys/class/ui0，然后使用了mmap（）调用。我们配置了内核使之支持UIO，并在内核中启用了UIO框架。随后我们使用名为“Compatibility”的参数，根据UIO设备（而非标准GPIO设备）对LED的GPIO控制方式进行了设置。此外，我们还将

设备的标签从 gpio@40000000修改成了leds@40000000。

然后我们重新构建了PetaLinux，并使用UIO测试了GPIO访问。我们使用以下命令，获得了所加载UIO模块的详细信息：

# ls /sys/class/uio/ uio0 uio1 uio2

UIO的名称和地址可在/sys/class/uio/uioX下找到。我们使用以下命令通过UIO驱动程序访问了GPIO LED：

# cd “/sys/class/uio/uioX

# gpio-uio-test -d /dev/uio1 -o 255

其中gpio-uio-test为应用名称、-d为设备路径、-o为输出、255为通过UIO传递给GPIO的值。使用以上命令，LED按写入到GPIO线路上的数据点亮，验证了该结果。

4. 文件传输应用

最后一项测试，我们将文件从服务器传输到了客户端，这里的服务器是主机PC，客户端是KC705电路板。在这项测试中，我们使用以太网线缆连接服务器和客户端，并使用了小型文件传输协议（TFTP）。这种协议因简单而出名，通常用于自动传输配置文件或引导文件。为测试使用TFTP从服务器向客户端传输文件的情况，我们在/tftpboot位置为服务器PC创建了一个名为test的文件。我们使用以下命令在文件中写入了“世界，你好”并查看了该文件中的内容（如图8所示）：

@ echo “Hello World” 》 /tftpboot/test

@ more /tftpboot/test

图8：在服务器中创建文件的快照

图9：在客户端接收文件的快照

图10：从客户端到服务器传输文件的快照

图11：在服务器中接收文件的快照

为从服务器接收该文件，我们在以客户端方式运行在KC705电路板上的PetaLinux终端窗口中输入以下获取命令（-g）：

# tftp -r test -g 192.168.25.68

# ls –a

在客户端中创建了一个名为“test”的新文件（如图9所示）。我们可以使用更多内容命令查看该文件的内容，如图9所示：

同样，如果要从客户端向服务器传输文件，可先在客户端机器上创建一个名为test1的文件，其内容为“PetaLinux OS”。然后在运行在客户端上的PetaLinux终端中使用以下“放置”命令（-p），便可将该文件从客户端传输至服务器，如图10所示：

# tftp -r test1 -p 192.168.25.68

可在服务器中创建一个空白文件test1，其内容可在文件传输工作完成后读取。该内容可图11所示方法进行验证。

在FPGA上实现嵌入式系统和运行PetaLinux，操作起来非常简单直观。接下来，我们计划使用远程编程实现设计，即引导文件通过以太网传输，客户端能够运行新应用。