在ZYNQ-Linux下操作GPIO和VDMA

最新推荐文章于 2025-05-07 19:32:11 发布

Cesaroy

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文章标签： fpga开发 linux

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/Cesaroy/article/details/129846703

本文介绍了如何在ZYNQ-Linux系统中直接操作硬件资源，如GPIO和VDMA，而无需修改设备树或编写驱动程序。通过实例展示了GPIO控制LED的亮灭以及VDMA进行视频数据搬运的过程，详细阐述了初始化、操作步骤及代码实现。

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1. 概述

此前的文章介绍如何利用petalinux定制ZYNQ-Linux操作系统。当ZYNQ-Linux系统搭建完毕后，需要在这个系统上开发应用程序以完成特定任务，这里面就涉及到如何在ZYNQ-Linux系统上去操作系统硬件资源的问题。目前，网上介绍的比较多的是需要改写Linux操作系统底层的设备树，并编写设备的驱动程序，这样的好处是可以提供一个统一的硬件接口，做到软硬件分离，可以更好地去保护硬件资源，但是实际操作对于初学者来说比较复杂。
本文将介绍一种简单的操作硬件方法，对于一些简单应用，可以直接操作系统的硬件资源，读写寄存器，不需要改写设备树和编写驱动程序。本文将以操作GPIO和操作VDMA两个例子做说明。

2. GPIO操作

本次操作利用GPIO实现LED的点亮及熄灭。硬件如下图所示，LED和ZYNQ的MIO7引脚进行相连。
LED硬件示意图

2.1 确定编号

在目标板的系统中进行入/sys/class/gpio中查看第一个IO设备的编号，从下图可以看出笔者的目标板第一个IO设备的编号为906
在查找第一个IO设备的编号

2.2 初始化

初始化的代码如下

FILE *fp = NULL;
char path[64];
int led_num = 913;

fp = fopen("/sys/class/gpio/export", "w");
if (fp == NULL)
	perror("export open filed");
else
	fprintf(fp, "%d", led_num); //创建接口
fclose(fp);

memset(path, 0, sizeof path);
snprintf(path, sizeof(path), "/sys/class/gpio/gpio%d/direction", led_num); //将可变参数格式化成字符串存入path[]

fp = fopen(path, "w");
fprintf(fp, "out"); //设置为输出
fclose(fp);

初始化过程完成了两件事，一个是创建了接口，一个是设置了接口的输入和输出特性。

2.3 操作GPIO

操作GPIO，控制LED灯的亮灭。

FILE *fp = NULL;
int led_num = 913;
char path[50] = {
   
   "\0"};

sprintf(path, "/sys/class/gpio/gpio%d/value", led_num);
fp = fopen(path, "w");
fprintf(fp, "%d", 1); // LED亮
//fprintf(fp, "%d", 0); // LED灭
fclose(fp);

跟前面设置GPIO特性一样，对于GPIO的操作，同样也是基于一个文件操作。

3. VDMA操作

本次操作利用VDMA将LMH0341接收到视频写入到DDR内存中，再从内存从读取并通过LMH0340进行输出。ZYNQ的模块连接图如下图所示。
ZYNQ连接图

3.1 设置VDMA

首先需要确认VDMA地址，可以利用vivado软件查看VDMA，打开vivado软件并选择Address Editor选项卡可以看到VDMA的地址。如下图。

VDMA的设置如下
VDMA设置
LMH0341接收的数据是10Bit的宽度，一个像素值的数据长度是20Bit，所以stream data width设置为24，内部memory map data width设置32。帧缓存的深度设置为3帧。

3.2 VDMA操作代码

VDMA实现视频数据搬运的代码如下。

#include <QCoreApplication>
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/mman.h>
#include <pthread.h>

/* Register offsets */
#define OFFSET_PARK_PTR_REG                     0x28
#define OFFSET_VERSION                          0x2c

#define OFFSET_VDMA_MM2S_CONTROL_REGISTER       0x00
#define OFFSET_VDMA_MM2S_STATUS_REGISTER        0x04
#define OFFSET_VDMA_MM2S_VSIZE                  0x50
#define OFFSET_VDMA_MM2S_HSIZE                  0x54