HPS SoC和FPGA联合使用例程

cmd="sopcinfo2swinfo --input=$sopc_design_file --output=$swinfo_tmp_fname ${sopcinfo2swinfo_args[@]}" /cygdrive/d/intelFPGA/Quartus16.1/quartus/sopc_builder/bin/sopcinfo2swinfo --input="$sopc_design_file" --output="$swinfo_tmp_fname" ${sopcinfo2swinfo_args[@]} || { 
      echo "$PN: $cmd failed" exit 1 } 

cmd=“swinfo2header –swinfo $swinf{o}_{t}m{p}_{f}name</span>--sopc<spanclass=“tokenvariable“>$sopc_design_file s w i n f o 2 h e a d e r a r g s [ @ ] < / s p a n > ” < / s p a n > / c y g d r i v e / d / i n t e l F P G A / Q u a r t u s 16.1 / q u a r t u s / s o p c b u i l d e r / b i n / s w i n f o 2 h e a d e r − − s w i n f o < s p a n c l a s s = " t o k e n s t r i n g " > ” < s p a n c l a s s = " t o k e n v a r i a b l e " > {swinfo2header_args[@]}“ /cygdrive/d/intelFPGA/Quartus16.1/quartus/sopc_builder/bin/swinfo2header –swinfo “ swinfo2headera​rgs[@]</span>“</span>/cygdrive/d/intelFPGA/Quartus16.1/quartus/sopcb​uilder/bin/swinfo2header−−swinfo<spanclass=“tokenstring“>“<spanclass=“tokenvariable“>swinfo_tmp_fname” –sopc “ s o p c d e s i g n f i l e < / s p a n > ” < / s p a n > < s p a n c l a s s = " t o k e n s t r i n g " > ” < s p a n c l a s s = " t o k e n v a r i a b l e " > sopc_design_file“ “ sopcd​esignf​ile</span>“</span><spanclass=“tokenstring“>“<spanclass=“tokenvariable“>{swinfo2header_args[@]}” || {
echo “$PN</span>:<spanclass=“tokenvariable“>$cmd failed”
exit 1
}

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一定注意，我们之间的Quartus安装路径是不同的，你需要根据自己的安装路径指定应用程序的路径，以便软件能够找到它们。

执行批处理文件：generate_hps_qsys_header.sh by

此时，会在My_GHRD工程目录下生成HPS头文件：hps_0.h。

现在，我们已经得到所需的头文件：hps_0.h。我们可以用一些代码查看编辑软件查看一下它里面的内容，我这里用的代码查看编辑软件是Source Insight。可以看到，生成的头文件：hps_0.h中已经为我们新增的PIO模块led_pio9生成了一系列宏定义。在头文件中，led_pio9的基地址由一个常量LED_PIO9_BASE表示，led_pio9的数据宽度由一个常量LED_PIO9_DATA_WIDTH表示，这两个常量将会在后面的C语言代码中被使用。

LED_PIO地址映射

• 轻量级的HPS-to- fpga AXI总线相对于HPS基址的偏移地址
• Pio_led 相对 于 Lightweight HPS-to-FPGA AXI 总线的偏移地址

控制LED

C程序员需要理解LED_PIO的PIO核的寄存器映射，然后才能控制它。下图显示了PIO核的寄存器映射。每个寄存器的宽度是32位。详情可以参阅PIO Core数据手册。对于led控制，我们只需要将输出值写入相对于基于地址0x10040的偏移地址为0寄存器。因为DE10-Standard板上的LED是高电平触发的，将值0x00000000写入偏移地址为0的寄存器将关闭所有9个红色led。DE10-Standard上有10个红色led，其中9个连接到这个控制器上。最后一个LED (LED0)用于模拟FPGA心跳。将值0x000001ff写入偏移地址为0寄存器将打开所有9个红色led。在C程序中，向pio_led的0偏移寄存器写入值0x000001ff可以表示为：

*(uint32_t *)h2p_lw_led_addr = 0x000001ff;  
 
 
 
 
  
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主程序

在友晶科技提供的例程中，又一个应用程序例程HPS_FPGA_LED。它的功能为：控制LEDR1-9进行LED移位闪烁操作，完成60次循环移位闪烁后，程序终止。我们的设计目标是：控制LEDR1-8进行LED移位闪烁操作，LEDR9随着LEDR1-8每一次移位而闪烁一次，完成60次循环移位闪烁后，程序终止。例程HPS_FPGA_LED的功能与我们的设计目标非常接近，所以我们可以在例程HPS_FPGA_LED的设计基础上进行更改。

首先，在光盘目录下找到例程HPS_FPGA_LED所在的文件夹：DE10-Standard_v.1.2.8_SystemCD\Demonstration\SoC_FPGA\HPS_FPGA_LED。将应用程序目录HPS_FPGA_LED复制到My_GHRD工程目录下，并把My_GHRD工程目录下的hps_0.h放到应用程序目录HPS_FPGA_LED下。

现在就可以开始根据我们的目标修改应用程序目录HPS_FPGA_LED下的：main.c。

我们要在主程序中设置一个void指针变量h2p_lw_led9_addr来存放新增的PIO组件LED_PIO9的虚拟地址。

h2p_lw_led9_addr=virtual_base + ( ( unsigned long )( ALT_LWFPGASLVS_OFST + LED_PIO9_BASE ) & ( unsigned long)( HW_REGS_MASK ) );  
 
 
 
 
  
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对于LEDR9的控制，我们只需要在虚拟地址h2p_lw_led9_addr所指向的地址空间中写入0x1点亮LEDR9、写入0x0熄灭LEDR9。

*(uint32_t *)h2p_lw_led9_addr = 0x1; //点亮LEDR9 *(uint32_t *)h2p_lw_led9_addr = 0x0; //熄灭LEDR9  
 
 
 
 
  
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但是为了使LEDR9随着LEDR1-8的移位进行闪烁，我们可以设置一个int变量n，让其随着LEDR1-8移位进行+1操作。我们对变量n进行取余操作后，将余值写入虚拟地址h2p_lw_led9_addr所指向的地址空间中即可。

*(uint32_t *)h2p_lw_led9_addr = n%2; n = n+1;  
 
 
 
 
  
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最终，main.c文件内容如下：

/* This program demonstrate how to use hps communicate with FPGA through light AXI Bridge. uses should program the FPGA by GHRD project before executing the program refer to user manual chapter 7 for details about the demo */

#include


#include


#include


#include


#include “hwlib.h”
#include “socal/socal.h”
#include “socal/hps.h”
#include “socal/alt_gpio.h”
#include “hps_0.h”

int main() {

void *virtual_base; int fd; int loop_count; int led_direction; int led_mask; void *h2p_lw_led_addr; // map the address space for the LED registers into user space so we can interact with them. // we'll actually map in the entire CSR span of the HPS since we want to access various registers within that span if( ( fd = open( "/dev/mem", ( O_RDWR | O_SYNC ) ) ) == -1 ) { printf( "ERROR: could not open \"/dev/mem\"...\n" ); return( 1 ); } virtual_base = mmap( NULL, HW_REGS_SPAN, ( PROT_READ | PROT_WRITE ), MAP_SHARED, fd, HW_REGS_BASE ); if( virtual_base == MAP_FAILED ) { printf( "ERROR: mmap() failed...\n" ); close( fd ); return( 1 ); } h2p_lw_led_addr=virtual_base + ( ( unsigned long )( ALT_LWFPGASLVS_OFST + LED_PIO_BASE ) & ( unsigned long)( HW_REGS_MASK ) ); // toggle the LEDs a bit loop_count = 0; led_mask = 0x01; led_direction = 0; // 0: left to right direction while( loop_count < 60 ) { // control led *(uint32_t *)h2p_lw_led_addr = ~led_mask; // wait 100ms usleep( 100*1000 ); // update led mask if (led_direction == 0){ led_mask <<= 1; if (led_mask == (0x01 << (LED_PIO_DATA_WIDTH-1))) led_direction = 1; }else{ led_mask >>= 1; if (led_mask == 0x01){ led_direction = 0; loop_count++; } } } // while // clean up our memory mapping and exit if( munmap( virtual_base, HW_REGS_SPAN ) != 0 ) { printf( "ERROR: munmap() failed...\n" ); close( fd ); return( 1 ); } close( fd ); return( 0 ); 

}

Makefile与编译

Makefile的内容如下：该程序包括SoC EDS提供的头文件。在Makefile中，还指定了ARM-linux交叉编译。

\———————————————–\

TARGET = HPS_FPGA_LED

要编译这个应用程序HPS_FPGA_LED，在SoC EDS Command Shell中进入应用程序目录HPS_FPGA_LED下。

cd HPS_FPGA_LED/  
 
 
 
 
  
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使用ls命令查看HPS_FPGA_LED目录下的文件，可以发现其中含有根据原来的main.c文件编译出的main.o文件和可执行文件：HPS_FPGA_LED。

ls  
 
 
 
 
  
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我们需要清除根据原来的main.c文件编译出的main.o文件和可执行文件：HPS_FPGA_LED。现在执行make clean命令。

make clean  
 
 
 
 
  
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再次使用ls命令，可以看到根据原来的main.c文件编译出的main.o文件和可执行文件：HPS_FPGA_LED已经被清除了。

ls  
 
 
 
 
  
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现在，使用make命令根据更改后的main.c文件编译出main.o文件和可执行文件：HPS_FPGA_LED。

make  
 
 
 
 
  
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系统测试

现在，我们需要在DE10_Standard开发板上进行系统测试，验证我们之前硬件逻辑设计和应用程序设计。这部分主要包括硬件逻辑的下载和应用程序的运行，硬件逻辑信息包含在文件My_GHRD.sof中，我们需要用它对FPGA进行编程；应用程序的运行其实就是在开发板上执行可执行文件HPS_FPGA_LED。

启动开发板

• Protocol:Serial
• Port:COM9 USB Serial Port
• Baud rate:
• Data bits:8
• Parity:None
• Stop bits:1
  点击：Connect按钮。
  
  点击SecureCRT主界面左侧的：Session Manager。选中：serial-com9，右击选中：Rename。重命名为：DE10-SoC。
  
  按下开发板的电源开关，启动开发板。此时会在串口工具SecureCRT中看到开发板启动信息。等待提示输入用户名登录命令。在用户登录处键入：root，回车。用户登录密码处不用填写，直接回车。
  
  到此，开发板启动的相关工作已经完成。

  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  

硬件逻辑下载

硬件逻辑下载的方式有很多种。可以通过USB Blaster II缆线将包含有硬件逻辑信息的文件My_GHRD.sof下载到SoC FPGA的FPGA上；也可以通过USB Blaster II缆线将包含有硬件逻辑信息的文件My_GHRD.jic下载到EPCS中；还可以通过串口或者网口将有硬件逻辑信息的文件soc_sytem.rbf和设备树覆盖文件fpga.dtbo放到SD卡的Linux系统中，由Linux对FPGA进行配置。

应用程序运行

在完成FPGA的硬件逻辑配置后，我们就可以将应用程序发送到开发板中执行了。

文件传输

我们采用网口文件传输方式将应用程序可执行文件HPS_FPGA_LED发送开发板的Linux系统中。

进入串口工具SecureCRT中，输入命令：ifconfig，查看当前开发板的网络端口号及其IP地址信息。可以看到，开发板的网络端口号为：eth0，IP地址为：192.168.137.3。这已经是我们要设定的IP地址了。

当然，如果我们是第一次在开发板上运行友晶科技提供的镜像，这时启动的Linux系统中的网络IP地址并非如此，我们需要对其进行设定。IP地址设定有两种方法：一种是设定临时的静态IP地址；一种是设定永久的静态IP地址。前者在关闭开发板后IP地址将自动失效；后者的IP地址是永久生效的，除非再次更改。

我们这里只设定临时静态IP地址。在串口工具中输入命令：ifconfig eht0 192.168.137.3，即可设定IP地址。可以再次运行命令：ifconfig确认IP地址设定是否成功。

IP地址设置完成后，我们就可以进行文件传输了。进入SoC EDS Command Shell中，进入应用程序所在的目录下。输入：scp HPS_FPGA_LED root@192.168.137.3:~/，回车。此时将会启动文件传输，接着在：Are you sure you want to continue connecting

?后面输入：
yes，可执行文件HPS_FPGA_LED将会自动传输到开发板上Linux系统的root用户主目录下。


在串口工具SecureCRT中，输入命令ls可以查看当前所在的root用户主目录下已经存在可执行文件HPS_FPGA_LED。

至此，使用网口进行文件传输已经完成。

当然，我们也可以采用比较通用的FTP服务通过网口进行传输，读者可以自行学习。

文件执行

文件执行前我们需要更改可执行文件HPS_FPGA_LED的权限。在串口工具中输入命令：chmod 777 HPS_FPGA_LED。然后，输入命令：./HPS_FPGA_LED执行可执行文件。

按下键盘的：Ctrl + C可以终止程序运行。