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ZYNQ--PL与PS端的数据交互(PS端编程实现)_fpga zynq中pl端传数据到ps端

作者：代码探险家 | 2024-07-20 12:32:59

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fpga zynq中pl端传数据到ps端

        文章ZYNQ从入门到不放弃讲了ZYNQ的PL和PS端是怎么联系起来的。本文将通过数据传输的例子具体地说明这种联系。

        这篇文章的侧重点是讲思路的，讲为什么需要某一个步骤或者某一个东西，以及它和其他步骤的联系是什么，看完以后相信会让你对ZYNQ有更清晰的认识。

总体思路

        首先讲讲这个实验的数据流向：PS端产生数据，存储到内存DDR中，再传输到PL端，在PL端用FIFO缓存一下，再回到PS端的内存，对比两次数据来验证传输过程的正确性。在这个过程中，可以在数据经过PL端的时候进行你想要的处理。

        既然是用PS端编程的方法来实现数据传输，那PL端是不需要写代码的，但需要搭建合适的电路给PS端使用。

       到PS端，我们去控制ARM对内存进行操作，把内存的数据输出去，然后再接收回来。这里除了写C语言代码直接对内存进行操作，也可以使用DMA。DMA是一个对内存进行操作的IP核，你只需要告诉它是哪块内存(地址)，数据量，传输方向等信息，它就会自动完成。

        那这个事情就变成了我们告诉DMA要把哪些数据传出去，然后再把外面的数据放回到哪里，最后再把两块内存中的数据进行比较。

PL端是怎么做的

       对于硬件部分要有个这样的概念，ZYNQ中的外设和ARM核通过AXI连接起来，硬件设计完成输出给PS端后。我们不需要去管数据在硬件中是如何流动的，VIVADO会把我们的硬件映射为一个个地址，还会给我们提供很多API去操作它们，就和单片机的使用方法类似。

       根据我们想要实现的逻辑，PL端需要提供给PS端的硬件主要有两个IP核，DMA和FIFO部分，总体的电路如下

     DMA：

       DMA(Direct memory Access) 是一种允许某些硬件子系统独立于主CPU向系统内存读写数据的技术，它可以减轻CPU的负担，提高数据的传输效率，广泛应用于高速数据传输任务中，如网络通信、图形渲染、外设与内存之间的数据传输等。来看看它的主要信号

        

        1:主要用于配置、管理和监控DMA。

        2:数据通路，后缀是MM2S是指内存传输到数据流(可以简单理解为PL端)，S2MM是数据流传输到内存。注意这里和PS连接的是HP口。(一般配置总线用GP，数据总线用HP，因为数据量较大)。关于这里，我之前有个疑惑PS端用了一个端口和DMA两个端口连接，查资料的时候说系统会给DMA端的两条总线分配不同的地址范围，要使用的时候可以因此进行区分。

        3:中断信号：这两个线通过IP核Concat和PS端的中断信号连着了一起，当DMA完成了相应的传输任务，或者没有完成(传输失败等)，都会产生中断信号告知PS。

        

     FIFO:

       DMA本身有一定的缓存能力，它把数据从内存读过来，如果直接连接自己输出端，如果处理不及时，超过了自己的缓存能力，可能就会发生错误。FIFO就提供这么一个缓存的功能。

        1:DMA读过来的数据传输给FIFO

        2:FIFO把数据流的数据传回给DMA。我之前疑惑的什么时候FIFO知道把数据还给DMA呢？其实这里的DMA主要起一个控制的作用，它不怎么存数据，接收到数据流后如果内存准备好接收数据了它就传过去。    

        把这两个IP核配置好后，我们点击自动布线，VIVADO就会帮我们添加一些合适的连接性的IP核，比如AXI Intwrconnect ，AXI SmartConnect。这些是不用管的，它负责帮我们配置好每一个总线的地址。这样PS端进行调用的时候就不会出错。

PS端是怎么做的

        PS端最主要的工作就是对DMA的控制，让它来帮我们完成内存到外部的数据传输。那么在使用它之前，肯定得进行初始化，配置等操作。当DMA完成任务后它会发送中断给CPU，所以我们还需要使用中断系统，所以也需要对中断系统进行初始化，配置等工作。这就是整体代码的逻辑。这里没有涉及到FIFO这个外设，因为FIFO和PS端不是直接接触的，我们只需要和DMA接触就好啦。    

  依据这个逻辑，我们的main函数的代码如下，可以直接看最后的部分：

  1. #include "dma_intr.h"
  2. #include "sys_intr.h"
  3.  
  4.  
  5. static XScuGic Intc; //GIC
  6. static  XAxiDma AxiDma;
  7.  
  8. volatile u32 success;
  9.  
  10.  
  11. int Tries = NUMBER_OF_TRANSFERS;
  12. int i;
  13. int Index;
  14. u8 *TxBufferPtr= (u8 *)TX_BUFFER_BASE;
  15. u8 *RxBufferPtr=(u8 *)RX_BUFFER_BASE;
  16. u8 Value;
  17.  
  18.  
  19. int axi_dma_test()
  20. {
  21. 	int Status;
  22. 	TxDone = 0;
  23. 	RxDone = 0;
  24. 	Error = 0;
  25.     //给内存中写一些数据进去
  26. 	for(i = 0; i < Tries; i ++)
  27. 	{
  28. 		Value = TEST_START_VALUE + (i & 0xFF);
  29. 		for(Index = 0; Index < MAX_PKT_LEN; Index ++) {
  30. 				TxBufferPtr[Index] = Value;
  31.  
  32. 				Value = (Value + 1) & 0xFF;
  33. 		}
  34.  
  35. 		/* Flush the SrcBuffer before the DMA transfer, in case the Data Cache
  36. 		 * is enabled
  37. 		 */
  38. 		Xil_DCacheFlushRange((u32)TxBufferPtr, MAX_PKT_LEN);
  39.  
  40.         //这里开始使用DMA的API了，给了它地址，数据大小，传输方向它就开始工作了
  41. 		Status = XAxiDma_SimpleTransfer(&AxiDma,(u32) RxBufferPtr,
  42. 					MAX_PKT_LEN, XAXIDMA_DEVICE_TO_DMA);
  43.  
  44. 		if (Status != XST_SUCCESS) {
  45. 			return XST_FAILURE;
  46. 		}
  47.  
  48. 		Status = XAxiDma_SimpleTransfer(&AxiDma,(u32) TxBufferPtr,
  49. 					MAX_PKT_LEN, XAXIDMA_DMA_TO_DEVICE);
  50.  
  51. 		if (Status != XST_SUCCESS) {
  52. 			return XST_FAILURE;
  53. 		}
  54.  
  55. 		/*
  56. 		 * Wait TX done and RX done
  57. 		 */
  58. 		while (!TxDone || !RxDone) {
  59. 				/* NOP */
  60. 		}
  61.  
  62. 		success++;
  63. 		TxDone = 0;
  64. 		RxDone = 0;
  65.  
  66. 		if (Error) {
  67. 			xil_printf("Failed test transmit%s done, "
  68. 			"receive%s done\r\n", TxDone? "":" not",
  69. 							RxDone? "":" not");
  70. 			goto Done;
  71. 		}
  72. 		/*
  73. 		 * 数据传输完成后，将两次数据进行对比
  74. 		 */
  75. 		Status = DMA_CheckData(MAX_PKT_LEN, (TEST_START_VALUE + (i & 0xFF)));
  76. 		if (Status != XST_SUCCESS) {
  77. 			xil_printf("Data check failed\r\n");
  78. 			goto Done;
  79. 		}
  80.  
  81. 	}
  82. 	xil_printf("AXI DMA interrupt example test passed\r\n");
  83. 	xil_printf("success=%d\r\n",success);
  84. 	/* Disable TX and RX Ring interrupts and return success */
  85. 	DMA_DisableIntrSystem(&Intc, TX_INTR_ID, RX_INTR_ID);
  86. Done:
  87. 	xil_printf("--- Exiting Test --- \r\n");
  88. 	return XST_SUCCESS;
  89.  
  90. }
  91.  
  92. int init_intr_sys(void)
  93. {
  94. 	DMA_Intr_Init(&AxiDma,0);//DMA的初始化
  95. 	Init_Intr_System(&Intc); // 中断系统的初始化话
  96. 	Setup_Intr_Exception(&Intc); //异常的初始化设置
  97. 	DMA_Setup_Intr_System(&Intc,&AxiDma,TX_INTR_ID,RX_INTR_ID);//把DMA和中断连接起来
  98. 	DMA_Intr_Enable(&Intc,&AxiDma);//使能DMA的中断
  99. }
  100.  
  101. int main(void)
  102. {
  103.  
  104. 	init_intr_sys();  //DMA和中断的初始化
  105. 	axi_dma_test();   //使用DMA进行数据传输工作
  106.  
  107. }

        主函数只说明了总体的逻辑，这里再讲一讲DMA初始化的细节。可以看到这里调用的是DMA_Intr_Init(&AxiDma,0)这个函数去对DMA进行初始化，打开这个函数

  1. int DMA_Intr_Init(XAxiDma *DMAPtr,u32 DeviceId)
  2. {
  3. 	int Status;
  4. 	XAxiDma_Config *Config=NULL;
  5.  
  6. 	Config = XAxiDma_LookupConfig(DeviceId);
  7. 	if (!Config) {
  8. 		xil_printf("No config found for %d\r\n", DeviceId);
  9. 		return XST_FAILURE;
  10. 	}
  11.  
  12. 	/* Initialize DMA engine */
  13. 	Status = XAxiDma_CfgInitialize(DMAPtr, Config);
  14.  
  15. 	if (Status != XST_SUCCESS) {
  16. 		xil_printf("Initialization failed %d\r\n", Status);
  17. 		return XST_FAILURE;
  18. 	}
  19.  
  20. 	if(XAxiDma_HasSg(DMAPtr)){
  21. 		xil_printf("Device configured as SG mode \r\n");
  22. 		return XST_FAILURE;
  23. 	}
  24. 	return XST_SUCCESS;
  25.  
  26. }

        开头引用的那篇文章说到过，PS端对外设调用的一般套路，我们看这里也是一样的。

        函数的两个参数，一个是DMA的结构体实例的指针，还有一个是设备的ID。首先调用了Config = XAxiDma_LookupConfig(DeviceId);通过这个函数找找我们生成的硬件里面有没有DMA这个外设，有的话把它的地址搞出来，XAxiDma_CfgInitialize(DMAPtr, Config);这个函数可以理解为把我们要用的实例和设备的DMA硬件连接起来了。后面再调用DMA的API的时候，带着这个实例作为输入参数去进行操作就行了。可以看主函数里面的 XAxiDma_SimpleTransfer(&AxiDma,(u32) TxBufferPtr, MAX_PKT_LEN, XAXIDMA_DMA_TO_DEVICE);就是这么做的。

        后面的中断也是一个套路，这里就不再细讲了。

小结

        在PL端（硬件电路端）搭建好合适的电路，在PS端（软件端）可以向操控单片机一样来进行想要的处理。

写在最后

        本来想把复现也写一下，但每个人的板子，映射到PS端的电路，地址的配置，得到的库函数等可能都不一样，所以就把我对于工程中的一些理解讲了讲，希望可以对大家有所帮助。

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