Linux下GPIO实验 =============== 前面的教程介绍如何使用Vitis编写一个zynq版本的helloworld实验，本实验介绍如何控制zynq端外设，实验使用GPIO来举例，ZYNQ的GPIO可以分为2种，一种是PS端自带的GPIO，一种是使用PL实现的GPIO，在建立Vivado工程时添加了Xilinx的GPIO IP，大部分Xilinx提供的IP核在Linux下都已经有驱动，而且很多默认配置都是可以用的，像AXI GPIO驱动不需要在内核中再配置就可以使用。 在\ http://www.wiki.xilinx.com/Linux+Drivers 页面我们可以找到所有Linux下Xilinx的驱动，例如GPIO驱动如下图所示，有些驱动给出了详细的用法。 .. image:: images/07_media/image1.png 在GPIO驱动详细页面\ http://www.wiki.xilinx.com/Linux%20GPIO%20Driver 中介绍了GPIO驱动使用范围，设备树范例，以及如何写程序。 使用SHELL控制 ------------- Linux提供了强大的SHELL功能，也是学习Linux必须掌握的技能，对于不熟悉Linux的命令和SHELL是令人头疼的，但是为了更好地学习ZYNQ，必须熟悉掌握SHELL，本教程不会去详细讲解Linux和SHELL的使用。 通过 ls /sys/class/gpio命令可以查看GPIO编号 .. image:: images/07_media/image2.png gpio_test.sh文件内容如下，gpio_test函数会根据参数来export一个GPIO，然后一个for循环3次，每次先写0再写1，调用了5次gpio_test，依次点亮5个LED，其中898是PS端的，其他是PL端的，（下一节中介绍如何确定GPIO的这个编号）。 +-----------------------------------------------------------------------+ |#!/bin/sh | | | |gpio_test() { | | | |gpio=$1 | | | |echo $gpio > /sys/class/gpio/export | | | |echo out > /sys/class/gpio/gpio${gpio}/direction | | | |for i in $(seq 1 3) | | | |do | | | |echo 0 >/sys/class/gpio/gpio${gpio}/value | | | |sleep 1 | | | |echo 1 >/sys/class/gpio/gpio${gpio}/value | | | |sleep 1 | | | |done | | | |echo $gpio > /sys/class/gpio/unexport | | | |} | | | |gpio_test 898 | | | |gpio_test 1016 | | | |gpio_test 1017 | | | |gpio_test 1018 | +-----------------------------------------------------------------------+ 我们可以通过挂载NFS来运行这个SHELL。 如果SHELL不能运行，可以先添加运行权限，命令如下： +-----------------------------------------------------------------------+ | chmod +x gpio_test.sh | +-----------------------------------------------------------------------+ .. image:: images/07_media/image3.png 使用C语言控制 ------------- 大部分情况我们都需要使用C语言来控制外设，在Xilinx的wiki页面\ http://www.wiki.xilinx.com/GPIO%20User%20Space%20App 我们找到一段GPIO测试代码，代码内容如下： +-----------------------------------------------------------------------+ | #include | | | | #include | | | | #include | | | | // The specific GPIO being used must be setup and replaced thru | | | | // this code. The GPIO of 898 is in the path of most the sys dirs | | | | // and in the export write. | | | | // | | | | // Figuring out the exact GPIO was not totally obvious when there | | | | // were multiple GPIOs in the system. One way to do is to go into | | | | // the gpiochips in /sys/class/gpio and view the label as it should | | | | // reflect the address of the GPIO in the system. The name of the | | | | // the chip appears to be the 1st GPIO of the controller. | | | | // | | | | // The export causes the gpio898 dir to appear in /sys/class/gpio. | | | | // Then the direction and value can be changed by writing to them. | | | | // The performance of this is pretty good, using a nfs mount, | | | | // running on open source linux, | | | | // the GPIO can be toggled about every 1sec. | | | | // The following commands from the console setup the GPIO to be | | | | // exported, set the direction of it to an output and write a 1 | | | | // to the GPIO. | | | | // | | | | // bash> echo 898 > /sys/class/gpio/export | | | | // bash> echo out > /sys/class/gpio/gpio898/direction | | | | // bash> echo 1 > /sys/class/gpio/gpio898/value | | | | // if sysfs is not mounted on your system, the you need to mount it | | | | // bash> mount -t sysfs sysfs /sys | | | | // the following bash script to toggle the gpio is also handy for | | | | // testing | | | | // | | | | // while [ 1 ]; do | | | | // echo 1 > /sys/class/gpio/gpio898/value | | | | // echo 0 > /sys/class/gpio/gpio898/value | | | | // done | | | | // to compile this, use the following command | | | | // gcc gpio.c -o gpio | | | | // The kernel needs the following configuration to make this work. | | | | // | | | | // CONFIG_GPIO_SYSFS=y | | | | // CONFIG_SYSFS=y | | | | // CONFIG_EXPERIMENTAL=y | | | | // CONFIG_GPIO_XILINX=y | | | | int main\ **()** | | | | **{** | | | | int valuefd\ **,** exportfd\ **,** directionfd\ **;** | | | | printf\ **(**"GPIO test running...\\n"**);** | | | | // The GPIO has to be exported to be able to see it | | | | // in sysfs | | | | exportfd **=** open\ **(**"/sys/class/gpio/export"**,** | | O_WRONLY\ **);** | | | | **if** **(**\ exportfd **<** 0\ **)** | | | | **{** | | | | printf\ **(**"Cannot open GPIO to export it\\n"**);** | | | | exit\ **(**\ 1\ **);** | | | | **}** | | | | write\ **(**\ exportfd\ **,** "898"**,** 4\ **);** | | | | close\ **(**\ exportfd\ **);** | | | | printf\ **(**"GPIO exported successfully\\n"**);** | | | | // Update the direction of the GPIO to be an output | | | | directionfd **=** open\ **(**"/sys/class/gpio/gpio898/direction"**,** | | O_RDWR\ **);** | | | | **if** **(**\ directionfd **<** 0\ **)** | | | | **{** | | | | printf\ **(**"Cannot open GPIO direction it\\n"**);** | | | | exit\ **(**\ 1\ **);** | | | | **}** | | | | write\ **(**\ directionfd\ **,** "out"**,** 4\ **);** | | | | close\ **(**\ directionfd\ **);** | | | | printf\ **(**"GPIO direction set as output successfully\\n"**);** | | | | // Get the GPIO value ready to be toggled | | | | valuefd = open("/sys/class/gpio/gpio898/value", O_RDWR); | | | | if (valuefd < 0) | | | | { | | | | printf("Cannot open GPIO value\\n"); | | | | exit(1); | | | | } | | | | printf("GPIO value opened, now toggling...\\n"); | | | | // toggle the GPIO as fast a possible forever, a control c is needed | | | | // to stop it | | | | while (1) | | | | { | | | | write(valuefd,"1", 2); | | | | sleep(1); | | | | write(valuefd,"0", 2); | | | | sleep(1); | | | | } | | | | } | +-----------------------------------------------------------------------+ 这一次我们不再使用vitis来编译，源代码命名为“gpio.c”,运行下面命令编译代码 +-----------------------------------------------------------------------+ | source /tools/Xilinx/Vivado/2023.1/settings64.sh | | | | arm-linux-gnueabihf-gcc gpio.c -o gpio | +-----------------------------------------------------------------------+ 编译完成以后会生成一个gpio的文件，不像在Windows，Linux下对扩展名要求不是很严格，gpio文件就是一个elf文件。 运行gpio，可以看到PS端LED不断闪烁，说明这个898就是PS端第一个LED。 .. image:: images/07_media/image4.png 如何确定GPIO的这个编号？ ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ 通过下面命令，我们可以看到有gpiochip898 gpiochip1016 gpiochip1020，说明有三个GPIO控制器，数字是控制器GPIO基数。 +-----------------------------------------------------------------------+ | ls /sys/class/gpio | +-----------------------------------------------------------------------+ .. image:: images/07_media/image5.png 如何确定和物理GPIO的关系？ ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ 通过下面命令，来确定GPIO1016和物理GPIO的关系，可以看到这个gpio在设备树里的节点是“gpio@41210000”，通过设备树的节点我们可以确定是哪一个物理GPIO。 +-----------------------------------------------------------------------+ | cat /sys/class/gpio/gpiochip1016/label | +-----------------------------------------------------------------------+ .. image:: images/07_media/image6.png 实验总结 -------- 本实验重点在于如何通过Xilinx给的资料来学习ZYNQ，技术资料更新较快，只有紧跟芯片厂商提供的最新资料才能获取到最新最好的技术。后续教程中PCIe驱动、PL端以太网驱动都是Xilinx提供，这些资料都可以通过wiki获取。 如果使用一个非xilinx的IP，或者自己写的IP，那就要自己开发驱动程序，这对没做过Linux驱动的开发人员来说是一个挑战，所以我们尽可能使用Xilinx的IP来搭建系统，优点就是不用开发Linux驱动，缺点就是不够灵活，如果IP有问题或者驱动有问题，无法快速定位问题。