ZYBOを進める - 19. UIOで自作IPの制御 - 勉強しないとな～blog

noki@ubuntu:~/work/Petalinux/Zybo-base-linux-peta$ ls components/plnx_workspace/device-tree/device-tree-generation/
board                     plnx_arm-system.pp  skeleton.dtsi
device-tree.mss           ps7_init.c          system-conf.dtsi
hardware_description.hdf  ps7_init_gpl.c      system-top.dts
pcw.dtsi                  ps7_init_gpl.h      system_wrapper.bit
pl.dtsi                   ps7_init.h          zynq-7000.dtsi
plnx_arm-system.dtb       ps7_init.html
plnx_arm-system.dts       ps7_init.tcl
noki@ubuntu:~/work/Petalinux/Zybo-base-linux-peta$

このうち、pl.dtsiがPL部のデバイスツリーになります。
今回使用しているPL部では、参考サイトのものに比べて接続されているモジュールが多いので、デバイスツリーも長くなります。ここではLED制御のAXI GPIOの部分を見てみます。

/*
 * CAUTION: This file is automatically generated by Xilinx.
 * Version:  
 * Today is: Sat Dec  7 23:55:25 2019
 */


/ {
    amba_pl: amba_pl {
        #address-cells = <1>;
        #size-cells = <1>;
        compatible = "simple-bus";
        ranges ;

...

        axi_gpio_led: gpio@41200000 {
            #gpio-cells = <2>;
            compatible = "xlnx,xps-gpio-1.00.a";
            gpio-controller ;
            reg = <0x41200000 0x10000>;
            xlnx,all-inputs = <0x0>;
            ...
        };
        ...

このような形で、IPのバス上でのアドレス、パラメータ設定などが記述されています。

compatible = "xlnx,xps-gpio-1.00.a";

の記述は、xlnx社のxps-gpio-1.00.aという名前のモジュールが存在している、ということを示しています。これをもとに適切なデバイスドライバが割り当てられるようです。

自動生成デバイスツリーの上書き

ユーザ編集用のデバイスツリーとして、project-spec/meta-user/recipes-bsp/device-tree/files/system-user.dtsiが用意されています。

ここに、自動生成のデバイスツリーの記述を上書きする記述をして、デバイスドライバとしてUIOが割り当てられるようにします。

/include/ "system-conf.dtsi"
/ {
    chosen {
        bootargs = "console=ttyPS0,115200 earlyprintk root=/dev/mmcblk0p2 rw rootwait uio_pdrv_genirq.of_id=generic-uio";
    };
};

&axi_gpio_led {
    compatible = "generic-uio";
};

bootargsに、uio_pdrv_genriq.of_id=generic-uioを追加
axi_gpio_ledのcompatibleをgeneric-uioに変更

※元のbootargsは、Petalinux設定で確認できます。

f:id:nokixa:20191230131154p:plain

最初はcomponents/plnx_workspace/device-tree/device-tree-generation/system-conf.dtsiを見ればいいかとも思ったのですが、こちらのbootargsにはroot=の設定がなく、起動時に正しくルートファイルシステムが設定できずにうまくいきませんでした。

/*
 * CAUTION: This file is automatically generated by PetaLinux SDK.
 * DO NOT modify this file
 */


/ {
    chosen {
        bootargs = "console=ttyPS0,115200 earlyprintk";
        stdout-path = "serial0:115200n8";
    };
};
...

以下も参考になります。

UIOデバイスドライバを組み込む方法: なひたふJTAG日記

アプリケーションの作成

※アプリケーション作成の前に、Vivadoプロジェクトのほうで、制約ファイルの変更が必要でした。
LED制御ピンの記述が必要です。

##LEDs
##IO_L23P_T3_35
set_property PACKAGE_PIN M14 [get_ports {leds_4bits_tri_io[0]}]
set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports {leds_4bits_tri_io[0]}]

##IO_L23N_T3_35
set_property PACKAGE_PIN M15 [get_ports {leds_4bits_tri_io[1]}]
set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports {leds_4bits_tri_io[1]}]

##IO_0_35
set_property PACKAGE_PIN G14 [get_ports {leds_4bits_tri_io[2]}]
set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports {leds_4bits_tri_io[2]}]

##IO_L3N_T0_DQS_AD1N_35
set_property PACKAGE_PIN D18 [get_ports {leds_4bits_tri_io[3]}]
set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports {leds_4bits_tri_io[3]}]

Windows PC側で、Xilinx SDKで新しいアプリケーションプロジェクトを作成します。(https://nokixa.hatenablog.com/entry/2019/08/16/004820)

プロジェクト名は、zybo_uio_testとしました。

アプリケーションのコードは、参考サイトのものをほぼそのまま使わせていただきます。
実際に動かしてみたところ、GPIO_TRIレジスタへの設定(出力設定)をしておかないとLEDが点滅しなかったので、それだけ追加します。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/mman.h>
#include <errno.h>

#define REG(address) *(volatile unsigned int*)(address)

int main(int argc, char **argv)
{
    printf("Hello World!\n");

    int address;    /* GPIOレジスタへの仮想アドレス(ユーザ空間) */
    int fd;

    /* メモリアクセス用のデバイスファイルを開く */
    if ((fd = open("/dev/uio0", O_RDWR | O_SYNC)) < 0) {
        perror("open");
        return -1;
    }

    /* ARM(CPU)から見た物理アドレス → 仮想アドレスへのマッピング */
    address = (int)mmap(NULL, 0x1000, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd, 0);
    if (address == MAP_FAILED) {
        perror("mmap");
        close(fd);
        return -1;
    }

    REG(address + 0x04) = 0x0; // GPIO_TRI register

    while(1) {
        /* Set LEDs(PL GPIO) as High */
        REG(address) = 0x0F;
        usleep(1*1000*1000);
        /* Set LEDs(PL GPIO) as Low */
        REG(address) = 0x00;
        usleep(1*1000*1000);
    }

    /* 使い終わったリソースを解放する */
    munmap((void*)address, 0x1000);
    close(fd);

    return 0;
}

AXI GPIOでは、ベースアドレス + 0x0 の読み書きで、IOポートへの出力/IOポートレベルの読み出しを行うことができます。レジスタデータの32bitの各ビットが、GPIOの各ポートに対応しています。
今回のデザインでは、ZYBO上の4つのLEDが、GPIOの下位4bitのところに接続されているので、0xFを書けば全点灯、0x0を書けば全消灯になります。
ベースアドレス + 0x4がGPIO_TRIレジスタとなっていて、これもレジスタデータの32bitとGPIOの各ポートが対応しています。各ビットで1を設定すると入力、0を設定すると出力になります。
uio0のところは、UIOで制御するデバイスが増えた場合、適切な番号のuioを選ぶ必要があります。