【JokerのZYNQ7020】LINUX_AXI_LITE。_axigpio的 linux应用软件编写

软件环境：vivado 2017.4        硬件平台：XC7Z020

嗯，原计划这次写写verilog的串口收发，但是，前阵子跟看我博客的铁子们交流，有个朋友说想看linux下，怎样通过axi_lite与PL端交互，安排！只记得之前写了linux下通过axi_stream进行大批量数据交互，对于小批量数据（类似于控制指令、写寄存器）交互，确实是该写的忘了写了，今天补上。

今天的测试呢，准备这样做，搭建系统如下所示，包含今天需要测试的自建模块axi_lite_gpio，他下面的那个是个button的GPIO，是我做别的测试顺手用的，先别管他。

自建模块使用axi_lite接口，在address editor页面，会有分配地址的地方，因为我这里有两个axi_lite接口的gpio，所以对应了两个地址，上面那个没啥用，用的是下面axi_lite_gpio_0的。

接下来说下自建的这个axi_lite接口的模块，数据宽度为32 bits，有四个寄存器。

进来时候默认的就是这样，next以后，选edit ip，需要进行一些小改动。

说下如何测试，在linux应用层写应用，通过mmap地址映射，对axi_lite_gpio地址进行操作，其基本等同于对-对应地址的寄存器的操作，由于这模块建立时候，给了4个32bits寄存器，所以地址每+1相当于对一个32bits的寄存器操作，如何知道写入成功没成功呢？除了挂ila核以外，我的测试板上刚好有4个led，那就让每个寄存器的最低位只对应其中1个led，理论上，轮流对4个寄存器最低位写1写0，应该能看到流水灯效果，当然，想严谨一些，那你就挂ila呗。

我的话，在18行，加了led输出接口。

 四百行，把四个寄存器的最低位，给了四个led的输出。

别的在没改啥了，至于slv_reg哪来的，为什么这么改，感兴趣的朋友可以扒一下axi_lite的example，我就不多叭叭了。改好了以后，re-package 一下ip，然后工程编译，生成比特流，接下来就是linux的那一套了，应用代码如下。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
#include <termios.h>
#include <sys/mman.h>
 
int main()
{
	int fd = open("/dev/mem", O_RDWR | O_SYNC);
	volatile unsigned int* led_base = mmap(NULL, 65535, PROT_READ | PROT_WRITE,
    		MAP_SHARED, fd, 0x43C00000);
	while(1)
	{
		memset((void *)(led_base+0), 1, 1);
		sleep(1);
		memset((void *)(led_base+0), 0, 1);
		sleep(1);
		memset((void *)(led_base+1), 1, 1);
		sleep(1);
		memset((void *)(led_base+1), 0, 1);
		sleep(1);
		memset((void *)(led_base+2), 1, 1);
		sleep(1);
		memset((void *)(led_base+2), 0, 1);
		sleep(1);
		memset((void *)(led_base+3), 1, 1);
		sleep(1);
		memset((void *)(led_base+3), 0, 1);
		sleep(1);
	}
	
	return 0;
}

可以看到，关键点就三个地方，“/dev/mem”、“mmap”、“memset”。

首先说下/dev/mem，它是物理内存的全映像，可以通过open来操作其句柄来访问物理内存，所以就有了这里的第一步，fd = oepn("/dev/mem")，对内存可读可写的句柄给fd。

#include <fcntl.h>
int open(const char *pathname, int oflag, ... );
 
O_RDONLY　　  只读模式
O_WRONLY　　  只写模式
O_RDWR　　    读写模式
 
O_APPEND　　  每次写操作都写入文件的末尾
O_CREAT　　   如果指定文件不存在，则创建这个文件
O_EXCL　　    如果要创建的文件已存在，则返回 -1，并且修改 errno 的值
O_TRUNC　　   如果文件存在，并且以只写/读写方式打开，则清空文件全部内容
O_NOCTTY　　  如果路径名指向终端设备，不要把这个设备用作控制终端。
O_NONBLOCK　　如果路径名指向 FIFO/块文件/字符文件，则把文件的打开和后继 I/O设置为非阻塞模式
 
O_DSYNC　　   等待物理 I/O 结束后再 write。在不影响读取新写入的数据的前提下，不等待文件属性更新
O_RSYNC　　   read 等待所有写入同一区域的写操作完成后再进行
O_SYNC　　    等待物理 I/O 结束后再 write，包括更新文件属性的 I/O

接着，拿到物理内存全映像的句柄fd，通过mmap内存映射，将需要操作的地址映射给指针led_base，这样对led_base的操作，就相当于对对应地址的操作。可以看到，这里是将axi_lite的地址0x43C00000映射给led_base，由于PL端axi_lite的核中包含4个寄存器，那么，对led_base+0、led_base+1、led_base+2、led_base+3的读写操作，就相当于是对PL端axi_lite的核中4个寄存器的操作。

#include <sys/mman.h>
void* mmap(void* start,size_t length,int prot,int flags,int fd,off_t offset);
 
start：映射区的开始地址，设置为0时表示由系统决定映射区的起始地址。
 
length：映射区的长度。长度单位是以字节为单位，不足一内存页按一内存页处理
 
prot：期望的内存保护标志，不能与文件的打开模式冲突。是以下的某个值，可以通过or运算合理地组合在一起
    PROT_EXEC       页内容可以被执行
    PROT_READ       页内容可以被读取
    PROT_WRITE      页可以被写入
    PROT_NONE       页不可访问
 
flags：指定映射对象的类型，映射选项和映射页是否可以共享。它的值可以是一个或者多个以下位的组合体
    MAP_FIXED       使用指定的映射起始地址，如果由start和len参数指定的内存区重叠于现存的映射空间，重叠部分将会被丢弃。如果指定的起始地址不可用，操作将会失败。并且起始地址必须落在页的边界上。
    MAP_SHARED      与其它所有映射这个对象的进程共享映射空间。对共享区的写入，相当于输出到文件。直到msync()或者munmap()被调用，文件实际上不会被更新。
    MAP_PRIVATE     建立一个写入时拷贝的私有映射。内存区域的写入不会影响到原文件。这个标志和以上标志是互斥的，只能使用其中一个。
    MAP_DENYWRITE   这个标志被忽略。
    MAP_EXECUTABLE  同上
    MAP_NORESERVE   不要为这个映射保留交换空间。当交换空间被保留，对映射区修改的可能会得到保证。当交换空间不被保留，同时内存不足，对映射区的修改会引起段违例信号。
    MAP_LOCKED      锁定映射区的页面，从而防止页面被交换出内存。
    MAP_GROWSDOWN   用于堆栈，告诉内核VM系统，映射区可以向下扩展。
    MAP_ANONYMOUS   匿名映射，映射区不与任何文件关联。
    MAP_ANON        MAP_ANONYMOUS的别称，不再被使用。
    MAP_FILE        兼容标志，被忽略。
    MAP_32BIT       将映射区放在进程地址空间的低2GB，MAP_FIXED指定时会被忽略。当前这个标志只在x86-64平台上得到支持。
    MAP_POPULATE    为文件映射通过预读的方式准备好页表。随后对映射区的访问不会被页违例阻塞。
    MAP_NONBLOCK    仅和MAP_POPULATE一起使用时才有意义。不执行预读，只为已存在于内存中的页面建立页表入口。
 
fd：有效的文件描述词。一般是由open()函数返回，其值也可以设置为-1，此时需要指定flags参数中的MAP_ANON,表明进行的是匿名映射。
 
off_toffset：被映射对象内容的起点

最后，在while(1)里通过循环给axi_lite的四个寄存器轮流通过memset写1写0，看到流水灯的效果，说明确实是对应寄存器地址写入的值也是正确的。

#include <string.h>
void *memset(void *buffer, int c, int count) 
buffer：  为指针或是数组
c：       是赋给buffer的值
count：   是buffer的长度.

按照linux操作的传统，操作PL下端核势必也应该按照驱动 + 应用的方式，这里通过open /dev/mem + mmap映射，实际上是实现了用户空间驱动的一种方法，在一定程度上，简化了整个开发的流程。