ZYNQ基础---AXI DMA使用
2024-04-30 11:37:30
前言
在ZYNQ中进行PL-PS数据交互的时候，经常会使用到DMA，其实在前面的ZYNQ学习当中，也有学习过DMA的使用，那就是通过使用自定义的IP，完成HP接口向内存写入和读取数据的方式。同样Xilinx官方也提供有一些DMA的IP，通过调用API函数能够更加灵活地使用DMA。
1. AXI DMA的基本接口
axi dma IP的基本结构如下，主要分为三个部分，分别是控制axi dma寄存器通道，从ddr读出数据通道和向ddr写入数据通道。其IP结构的两边分别对应着用于访问内存的AXI总线和用于用户简单操作的axis stream总线。axi stream总线相较于axi总线来说要简单很多，它没有地址，靠主机和从机之间进行握手来传递数据。
2 Block design搭建
做一个简单的例子来测试一下axi dma。先自定义一个IP，用于缓存从zynq通过axi dma发来的数据，一次突发传输结束之后，将接收到的数据写回到内存中。
2.1 自定义一个IP
时序设计如下，将接收到的数据缓存到FIFO中，当zynq一次axi stream 传输结束的时候，开始将数据从FIFO中读出，并将数据写入到内存中。
module dma_loop(//====================================================//clock and reset//====================================================input wire axis_clk ,input wire rst_n ,//====================================================//input axis port//====================================================input wire [7:0] axis_in_tdata ,input wire axis_in_tvalid ,output wire axis_in_tready ,input wire axis_in_tlast ,//====================================================//output axis port//====================================================output wire [7:0] axis_out_tdata ,output reg axis_out_tvalid ,input wire axis_out_tready ,output wire axis_out_tlast
);//====================================================
//input axis port
//====================================================
wire wr_fifo_en ;
wire rd_fifo_en ;
wire full,empty ;
reg rd_start ;
reg [9:0] cnt_data_in ;
wire add_cnt_data_in ;
wire end_cnt_data_in ;
reg [9:0] data_len ;reg [9:0] cnt_data_out ;
wire add_cnt_data_out;
wire end_cnt_data_out;assign wr_fifo_en = axis_in_tvalid & axis_in_tready;
assign axis_in_tready = ~full;always @(posedge axis_clk or negedge rst_n) beginif (rst_n==1'b0) beginrd_start <= 1'b0;endelse if (axis_in_tvalid & axis_in_tready & axis_in_tlast) beginrd_start <= 1'b1;endelse beginrd_start <= 1'b0;end
end
//----------------cnt_data------------------
always @(posedge axis_clk or negedge rst_n) beginif (rst_n == 1'b0) begincnt_data_in <= 'd0;endelse if (add_cnt_data_in) beginif(end_cnt_data_in)cnt_data_in <= 'd0;elsecnt_data_in <= cnt_data_in + 1'b1;endendassign add_cnt_data_in = axis_in_tvalid & axis_in_tready;
assign end_cnt_data_in = add_cnt_data_in && axis_in_tlast;//----------------data_len------------------
always @(posedge axis_clk or negedge rst_n) beginif (rst_n==1'b0) begindata_len <= 'd0;endelse if (end_cnt_data_in) begindata_len <= cnt_data_in + 1'b1;end
endsfifo_wr1024x8_rd1024x8 inst_sfifo (.clk(axis_clk), // input wire clk.din(axis_in_tdata), // input wire [7 : 0] din.wr_en(wr_fifo_en), // input wire wr_en.rd_en(rd_fifo_en), // input wire rd_en.dout(axis_out_tdata), // output wire [7 : 0] dout.full(full), // output wire full.empty(empty) // output wire empty
);//----------------axis_out_tvalid------------------
always @(posedge axis_clk or negedge rst_n) beginif (rst_n==1'b0) beginaxis_out_tvalid <= 1'b0;endelse if (end_cnt_data_out) beginaxis_out_tvalid <= 1'b0;endelse if (rd_start == 1'b1) beginaxis_out_tvalid <= 1'b1;end
end//----------------cnt_data_out------------------
always @(posedge axis_clk or negedge rst_n) beginif (rst_n == 1'b0) begincnt_data_out <= 'd0;endelse if (add_cnt_data_out) beginif(end_cnt_data_out)cnt_data_out <= 'd0;elsecnt_data_out <= cnt_data_out + 1'b1;end
endassign add_cnt_data_out = axis_out_tvalid & axis_out_tready;
assign end_cnt_data_out = add_cnt_data_out && cnt_data_out == data_len - 1;assign axis_out_tlast = end_cnt_data_out;
assign rd_fifo_en = axis_out_tvalid & axis_out_tready;wire [63:0] probe0;assign probe0 = {cnt_data_in ,cnt_data_out ,rd_start ,data_len ,axis_in_tdata ,axis_in_tvalid ,axis_in_tready ,axis_in_tlast ,axis_out_tdata ,axis_out_tvalid ,axis_out_tready ,axis_out_tlast
};ila_0 inst_ila (.clk(axis_clk), // input wire clk.probe0(probe0) // input wire [63:0] probe0
);endmodule
搭建block design
3. vitis
xilinx的东西就有这点优点，基本上fpga里面有的资源，都有一个示例工程，把它导入进来就可以参考一下具体这个外设改怎么来使用了。这个demo里面使用到了串口。串口在前面的串口中断中已经使用到，本次实验需要使用到串口的中断和DMA的中断。
PC的串口向FPGA发送数据，一帧数据发送完成之后，会触发串口的中断。串口中断函数会接收数据，并且记录数据长度。然后将通过DMA将数据写入到自定义的IP当中，自定义IP接收完数据之后，将把数据写回到内存中。
#include <stdio.h>
#include "platform.h"
#include "xil_printf.h"
#include "xparameters.h"
#include "xaxidma.h"
#include "xuartps.h"
#include "xscugic.h"
#include "sleep.h"#define GIC_DEVICE_ID XPAR_PS7_SCUGIC_0_DEVICE_ID
#define UART_DEV_ID XPAR_PS7_UART_1_DEVICE_ID
#define DMA_DEVICE_ID XPAR_AXI_DMA_0_DEVICE_ID#define UART_INTR_ID XPAR_PS7_UART_1_INTR
#define MM2S_INTR_ID XPAR_FABRIC_AXIDMA_0_MM2S_INTROUT_VEC_ID
#define S2MM_INTR_ID XPAR_FABRIC_AXIDMA_0_S2MM_INTROUT_VEC_IDXUartPs UartInst;
XScuGic GicInst;
XAxiDma DmaInst;volatile int TxDone;
volatile int RxDone;
volatile int Error;u32 UartRxLen = 0;
int UartRxFlag = 0;
u8 * UartRxBuf = (u8 *)(0x2000000);
u8 * UartTxBuf = (u8 *)(0x4000000);
/************************************ Uart Init function**********************************/
int Uart_Init();
/********************************* DMA initialize function********************************/
int Dma_Init();int Setup_Interrupt_System();void Uart_Intr_Handler(void *CallBackRef, u32 Event, unsigned int EventData);void Mm2s_Intr_Handler();
void S2mm_Intr_Handler();int main()
{init_platform();Uart_Init();Dma_Init();Setup_Interrupt_System();while(1){/****************************************************************************** Uart has receive one frame*****************************************************************************/if (UartRxFlag == 1) {// clear the flagUartRxFlag = 0;/****************************************************************************** Transfer data from axidma to device*****************************************************************************/Xil_DCacheFlushRange((INTPTR)UartRxBuf, UartRxLen);//flush data into ddrusleep(2);// transfer data from axi dma to deviceXAxiDma_SimpleTransfer(&DmaInst, (UINTPTR)UartRxBuf, UartRxLen, XAXIDMA_DMA_TO_DEVICE);while(!TxDone);TxDone=0;//reset txdone flag; complete txtransfer/****************************************************************************** Transfer data from device to dma*****************************************************************************/Xil_DCacheInvalidateRange((INTPTR)UartTxBuf, UartRxLen);usleep(2);XAxiDma_SimpleTransfer(&DmaInst, (UINTPTR)UartTxBuf, UartRxLen, XAXIDMA_DEVICE_TO_DMA);while(!RxDone);RxDone = 0;XUartPs_Send(&UartInst, UartTxBuf, UartRxLen);XUartPs_Recv(&UartInst, UartRxBuf, 4096);//reset conter and start recv from uart}}cleanup_platform();return 0;
}/****************************************************************************** @ function : init uart and set the callback fuction
*****************************************************************************/
int Uart_Init()
{int Status;u32 IntrMask;XUartPs_Config *UartCfgPtr;UartCfgPtr = XUartPs_LookupConfig(UART_DEV_ID);Status = XUartPs_CfgInitialize(&UartInst, UartCfgPtr, UartCfgPtr->BaseAddress);if(Status != XST_SUCCESS){printf("initialize UART failed\n");return XST_FAILURE;}/***************************************** Set uart interrput mask****************************************/IntrMask =XUARTPS_IXR_TOUT | XUARTPS_IXR_PARITY | XUARTPS_IXR_FRAMING |XUARTPS_IXR_OVER | XUARTPS_IXR_TXEMPTY | XUARTPS_IXR_RXFULL |XUARTPS_IXR_RXOVR;XUartPs_SetInterruptMask(&UartInst, IntrMask);/****************************************************************************** Set Uart interrput callback function*****************************************************************************/XUartPs_SetHandler(&UartInst, (XUartPs_Handler)Uart_Intr_Handler, &UartInst);/****************************************************************************** Set Uart baud rate*****************************************************************************/XUartPs_SetBaudRate(&UartInst, 115200);/****************************************************************************** Set Uart opertion mode*****************************************************************************/XUartPs_SetOperMode(&UartInst, XUARTPS_OPER_MODE_NORMAL);/****************************************************************************** Set Uart Receive timeout*****************************************************************************/XUartPs_SetRecvTimeout(&UartInst, 8);/****************************************************************************** Start to listen*****************************************************************************/XUartPs_Recv(&UartInst, UartRxBuf, 4096);return Status;
}void Uart_Intr_Handler(void *CallBackRef, u32 Event, unsigned int EventData)
{if (Event == XUARTPS_EVENT_RECV_TOUT) {if(EventData == 0){XUartPs_Recv(&UartInst, UartRxBuf, 4096);}else if(EventData > 0) {UartRxLen = EventData;UartRxFlag = 1;}}
}/****************************************************************************** @ function : init Axi DMA
*****************************************************************************/
int Dma_Init()
{int Status;XAxiDma_Config * DmaCfgPtr;DmaCfgPtr = XAxiDma_LookupConfig(DMA_DEVICE_ID);Status = XAxiDma_CfgInitialize(&DmaInst, DmaCfgPtr);if(Status != XST_SUCCESS){printf("initialize AXI DMA failed\n");return XST_FAILURE;}/****************************************************************************** Disable all the interrupt before setup*****************************************************************************/XAxiDma_IntrDisable(&DmaInst, XAXIDMA_IRQ_ALL_MASK, XAXIDMA_DEVICE_TO_DMA);XAxiDma_IntrDisable(&DmaInst, XAXIDMA_IRQ_ALL_MASK, XAXIDMA_DMA_TO_DEVICE);/******************************************************************************Enable all the interrput*****************************************************************************/XAxiDma_IntrEnable(&DmaInst, XAXIDMA_IRQ_ALL_MASK, XAXIDMA_DEVICE_TO_DMA);XAxiDma_IntrEnable(&DmaInst, XAXIDMA_IRQ_ALL_MASK, XAXIDMA_DMA_TO_DEVICE);return Status;
}
/*****************************************************************************/
/*
*
* This is the DMA TX Interrupt handler function.
*
* It gets the interrupt status from the hardware, acknowledges it, and if any
* error happens, it resets the hardware. Otherwise, if a completion interrupt
* is present, then sets the TxDone.flag
*
* @param Callback is a pointer to TX channel of the DMA engine.
*
* @return None.
*
* @note None.
*
******************************************************************************/
void Mm2s_Intr_Handler(void *Callback)
{u32 IrqStatus;int TimeOut;XAxiDma *AxiDmaInst = (XAxiDma *)Callback;/* Read pending interrupts */IrqStatus = XAxiDma_IntrGetIrq(AxiDmaInst, XAXIDMA_DMA_TO_DEVICE);/* Acknowledge pending interrupts */XAxiDma_IntrAckIrq(AxiDmaInst, IrqStatus, XAXIDMA_DMA_TO_DEVICE);/** If no interrupt is asserted, we do not do anything*/if (!(IrqStatus & XAXIDMA_IRQ_ALL_MASK)) {return;}/** If error interrupt is asserted, raise error flag, reset the* hardware to recover from the error, and return with no further* processing.*/if ((IrqStatus & XAXIDMA_IRQ_ERROR_MASK)) {Error = 1;/** Reset should never fail for transmit channel*/XAxiDma_Reset(AxiDmaInst);TimeOut = 10000;while (TimeOut) {if (XAxiDma_ResetIsDone(AxiDmaInst)) {break;}TimeOut -= 1;}return;}/** If Completion interrupt is asserted, then set the TxDone flag*/if ((IrqStatus & XAXIDMA_IRQ_IOC_MASK)) {TxDone = 1;}
}/*****************************************************************************/
/*
*
* This is the DMA RX interrupt handler function
*
* It gets the interrupt status from the hardware, acknowledges it, and if any
* error happens, it resets the hardware. Otherwise, if a completion interrupt
* is present, then it sets the RxDone flag.
*
* @param Callback is a pointer to RX channel of the DMA engine.
*
* @return None.
*
* @note None.
*
******************************************************************************/
void S2mm_Intr_Handler(void *Callback)
{u32 IrqStatus;int TimeOut;XAxiDma *AxiDmaInst = (XAxiDma *)Callback;/* Read pending interrupts */IrqStatus = XAxiDma_IntrGetIrq(AxiDmaInst, XAXIDMA_DEVICE_TO_DMA);/* Acknowledge pending interrupts */XAxiDma_IntrAckIrq(AxiDmaInst, IrqStatus, XAXIDMA_DEVICE_TO_DMA);/** If no interrupt is asserted, we do not do anything*/if (!(IrqStatus & XAXIDMA_IRQ_ALL_MASK)) {return;}/** If error interrupt is asserted, raise error flag, reset the* hardware to recover from the error, and return with no further* processing.*/if ((IrqStatus & XAXIDMA_IRQ_ERROR_MASK)) {Error = 1;/* Reset could fail and hang* NEED a way to handle this or do not call it??*/XAxiDma_Reset(AxiDmaInst);TimeOut = 10000;while (TimeOut) {if(XAxiDma_ResetIsDone(AxiDmaInst)) {break;}TimeOut -= 1;}return;}/** If completion interrupt is asserted, then set RxDone flag*/if ((IrqStatus & XAXIDMA_IRQ_IOC_MASK)) {RxDone = 1;}
}/****************************************************************************** @ function : Set up the interrupt system
*****************************************************************************/
int Setup_Interrupt_System()
{int Status;XScuGic_Config * GicCfgPtr;GicCfgPtr = XScuGic_LookupConfig(GIC_DEVICE_ID);Status = XScuGic_CfgInitialize(&GicInst, GicCfgPtr, GicCfgPtr->CpuBaseAddress);if(Status != XST_SUCCESS){printf("initialize GIC failed\n");return XST_FAILURE;}/****************************************************************************** initialize exception system*****************************************************************************/Xil_ExceptionInit();/****************************************************************************** register interrput type exception*****************************************************************************/Xil_ExceptionRegisterHandler(XIL_EXCEPTION_ID_INT,(Xil_ExceptionHandler)XScuGic_InterruptHandler, &GicInst);/****************************************************************************** connect interrput to scugic controller*****************************************************************************/Status = XScuGic_Connect(&GicInst, UART_INTR_ID, (Xil_ExceptionHandler) XUartPs_InterruptHandler, &UartInst);if(Status != XST_SUCCESS){printf("Connect Uart interrput to GIC failed\n");return XST_FAILURE;}Status = XScuGic_Connect(&GicInst, MM2S_INTR_ID, (Xil_ExceptionHandler) Mm2s_Intr_Handler, &DmaInst);if(Status != XST_SUCCESS){printf("Connect DMA tx interrput to GIC failed\n");return XST_FAILURE;}Status = XScuGic_Connect(&GicInst, S2MM_INTR_ID, (Xil_ExceptionHandler) S2mm_Intr_Handler, &DmaInst);if(Status != XST_SUCCESS){printf("Connect DMA tx interrput to GIC failed\n");return XST_FAILURE;}/****************************************************************************** Enable the interrput*****************************************************************************/XScuGic_Enable(&GicInst, UART_INTR_ID);XScuGic_Enable(&GicInst, S2MM_INTR_ID);XScuGic_Enable(&GicInst, MM2S_INTR_ID);/****************************************************************************** Enable the exception system*****************************************************************************/Xil_ExceptionEnable();return Status;
}
测试结果
从串口发出的数据被成功的接收。再看看ila抓取到的波形。
输入到自定义IP的数据：
从自定义IP输出的数据。一次传输之间隔了较长的时间。
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