探索AXI GP在Linux环境中的应用场景与优势

ZYNQ AXI GP接口与应用

Zynq系列芯片是Xilinx推出的全可编程SoC（片上系统），集成了ARM处理器和FPGA架构，AXI（Advanced eXtensible Interface）是ARM推出的一种高效的总线协议，用于连接和管理片上系统中的不同组件，在Zynq芯片中，AXI GP（General Purpose）接口是一种通用目的接口，主要用于低带宽、通用数据传输，本文将详细介绍AXI GP接口的特点、使用场景及其在Linux下的具体应用。

一、AXI GP接口简介

1、定义与特点：AXI GP接口是基于AXI4-Lite协议的轻量级接口，适用于低带宽、小批量数据传输和简单控制，它没有额外的缓存，性能受到主互连端口和从互连端口的限制。

2、接口数量：在Zynq-7000系列中，总共包含四组AXI_GP接口，包括两个主端口（M_AXI_GP0和M_AXI_GP1）和两个从端口（S_AXI_GP0和S_AXI_GP1）。

3、传输特性：AXI GP接口具有以下特性：

数据总线宽度为32位；

总线端口ID宽度为12位；

从机端口ID宽度为6位；

主机和从机端口一次接受8个读取和8个写入操作。

二、AXI GP接口与AXI HP接口的异同

三、AXI GP接口在Linux下的应用

1、基于BRAM的交互：通过Block Design搭建，信号传输流向为PS->AXI SmartConnect->AXI BRAM Controller->BRAM->PL，在address editor界面分配BRAM的访问地址后，可以通过SDK编写代码实现PS与PL的数据交互。

2、字符设备驱动：通过编写字符设备驱动来控制AXI-GPIO设备，可以使用ioremap函数映射寄存器地址，然后通过readl和writel函数进行读写操作。

3、示例代码：以下是一个简单的字符设备驱动示例，演示如何通过AXI-GPIO控制LED灯的状态。

#include <linux/types.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/delay.h>
#include <linux/ide.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/errno.h>
#include <linux/gpio.h>
#include <asm/mach/map.h>
#include <asm/uaccess.h>
#include <asm/io.h>
#define LED_MAJOR       200         /* 主设备号 */
#define LED_NAME        "axi-led"       /* 设备名字 */
#define ZYNQ_AXI_GPIO_0_BASE    0x41210000
static void __iomem *data_addr; /* 映射后的寄存器虚拟地址指针 */
static int led_open(struct inode *inode, struct file *filp)
{
    return 0;
}
static ssize_t led_read(struct file *filp, char __user *buf,
            size_t cnt, loff_t *offt)
{
    return 0;
}
static ssize_t led_write(struct file *filp, const char __user *buf,
            size_t cnt, loff_t *offt)
{
    int ret;
    int val;
    char kern_buf[1];
    ret = copy_from_user(kern_buf, buf, cnt);   // 得到应用层传递过来的数据
    if(0 > ret) {
        printk(KERN_ERR "kernel write failed!\r
");
        return -EFAULT;
    }
    val = readl(data_addr);
    printk("write-read:0x%x\r
", val);
    val = kern_buf[0];
    printk("write 0x%x now\r
", val);
    writel(val, data_addr);
    return 0;
}
static int led_release(struct inode *inode, struct file *filp)
{
    return 0;
}
static struct file_operations led_fops = {
    .owner      = THIS_MODULE,
    .open       = led_open,
    .read       = led_read,
    .write      = led_write,
    .release    = led_release,
};
static int __init led_init(void)
{
    u32 val;
    int ret;
    /* 1.寄存器地址映射 */
    data_addr = ioremap(ZYNQ_AXI_GPIO_0_BASE, 4);
    /* 7.注册字符设备驱动 */
    ret = register_chrdev(LED_MAJOR, LED_NAME, &led_fops);
    if(0 > ret){
        printk(KERN_ERR "Register LED driver failed!\r
");
        return ret;
    }
    printk("led-mod init now\r
");
    return 0;
}
static void __exit led_exit(void)
{
    /* 1.}

四、相关问题与解答

问题1：如何在Zynq平台上通过AXI GP接口实现PS与PL之间的数据交互？

答案：在Zynq平台上，可以通过AXI GP接口实现PS与PL之间的数据交互，具体步骤如下：

1、使用Block Design搭建基于BRAM的交互方式，信号传输流向为PS->AXI SmartConnect->AXI BRAM Controller->BRAM->PL。

2、在address editor界面分配BRAM的访问地址。

3、生成BitStream文件并导出到SDK中进行PS端代码编写。

4、使用Xil_Out32和Xil_In32函数对BRAM进行读写操作，实现PS与PL之间的数据交互。

问题2：如何在Linux下编写字符设备驱动来控制AXI-GPIO？

答案：在Linux下编写字符设备驱动来控制AXI-GPIO的步骤如下：

1、安装交叉编译器gcc-arm-linux-gnueabihf。

2、准备好Zynq-linux内核，并修改Makefile中的编译指令。

3、获取AXI-GPIO的内存地址，可在vivado-Address Editor或xilink SDK-system.mss中查看。

4、编写字符设备驱动，包括打开、读取、写入和释放等操作。

5、使用ioremap函数映射寄存器地址，然后通过readl和writel函数进行读写操作。

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