TMS320C6678开发板 ZYNQ PS + PL异构多核案例开发手册（4）
原创TMS320C6678开发板 ZYNQ PS + PL异构多核案例开发手册（4）
原创
本文主要介绍ZYNQ PS + PL异构多核案例的使用说明，适用开发环境：Windows 7/10 64bit、Xilinx Vivado 2017.4、Xilinx SDK 2017.4。其中测试板卡为TMS320C6678开发板，文章内容包含多个特色案例，如axi_gpio_led_demo案例、axi_timer_pwm_demo案例、axi_uart_demo案例、emio_gpio_led_demo案例、mig_dma案例等，由于篇幅过长，文章分为上下6个小节展示，欢迎大家按照顺序进行文章内容查看。
本次测试板卡为TMS320C6678开发板，它是一款基于TI KeyStone架构C6000系列TMS320C6678八核C66x定点/浮点DSP，以及Xilinx Zynq-7000系列XC7Z045/XC7Z100 SoC处理器设计的高端异构多核评估板，TMS320C6678开发板每核心主频可高达1.25GHz，XC7Z045/XC7Z100集成PS端双核ARM Cortex-A9 + PL端Kintex-7架构28nm可编程逻辑资源，引出双路CameraLink、双路SFP+光口、四路千兆网口、双路SATA、双路PCIe、四路USB、双路CAN、双路CAMERA、HDMI IN/OUT、LVDS、LCD、RS485、RS232、Micro SD、HPC FMC等接口。
emio_uart_demo案例
案例功能
案例功能：PS端通过EMIO方式使用UART0串口进行数据收发。
本案例默认将UART1作为PS端调试串口。
Block Memory Generator IP核
本案例使用Block Memory Generator IP核创建BRAM资源。
Block Memory Generator IP核开发文档为产品资料“6-开发参考资料\Xilinx官方参考文档\”目录下的《pg058-blk-mem-gen.pdf》，具体配置如下。
图 183
Aurora 64B66B IP核
本案例使用Aurora 64B66B IP核实现Aurora高速串行通信协议。
图 184
Aurora 64B66B IP核开发文档为产品资料“6-开发参考资料\Xilinx官方参考文档\”目录下的《pg074-aurora-64b66b.pdf》和《ug476-7Series_Transceivers.pdf》，具体说明配置如下。
点击"Core Options"，Line Rate（Aurora通信速率）设置为10Gbps，GT Refclk（GTX参考时钟）设置为125MHz，INIT clk、GT DRP clk设置为100MHz，Dataflow Mode（数据流模式）设置为Duplex（双工模式）。
图 185
点击"GT Selections"，Lanes设置为1，表示使用单通道GTX。选择GTXQ1(QUAD_110)的GTXE2_X0Y7（MGTXRX_3、MGTXTX_3引脚），即对应SFP1光口。
图 186
图 187
AXI Timer IP核
本案例使用AXI Timer IP核进行计数，用于计算数据传输速率。
AXI Timer IP核开发文档为产品资料“6-开发参考资料\Xilinx官方参考文档\”目录下的《pg079-axi-timer.pdf》，具体配置如下。
图 188
aurora_reset模块
本案例使用aurora_reset模块为Aurora 64B66B IP核提供reset_pd和pma_init复位信号。aurora_reset模块clk_in使用由Aurora 64B66B IP核init_clk输出的100MHz时钟。
图 189
aurora_reset模块源码为"aurora_dma_bd.srcs\sources_1\imports\hdl\aurora_reset.v"，关键代码说明如下。
定义模块接口。
图 190
根据Aurora 64B66B IP核的复位时序进行复位信号配置。
图 191
图 192
axi_ethernet_demo案例
案例功能
案例功能：演示PL端千兆以太网的实现。
操作说明
评估板配备一个PL端千兆网口PL RGMII ETH，请使用网线将评估板PL端网口、PC机连接到同一个路由器，绿灯常亮、黄灯闪烁表示连接正常。
图 193
将本案例的动态设备树镜像文件pl.dtbo和PL端.bin格式可执行文件复制到"/lib/firmware/"目录下，并将PL端可执行文件重命名为system_wrapper.bin，然后执行如下命令加载设备树文件和PL端可执行文件。
Target# mount -t configfs configfs /configfs
Target# mkdir /configfs/device-tree/overlays/ethernet
Target# echo pl.dtbo > /configfs/device-tree/overlays/ethernet/path
图 194
执行如下命令关闭PS端网口eth0，并使PL端网口eth1自动获取IP地址。PL端网口本次测试的IP地址为192.168.0.250。
Target# ifconfig eth0 down
Target# udhcpc -i eth1
图 195
如下使用Iperf工具测试评估板与PC机的网络通信速度。若未安装，可在Ubuntu中执行"sudo apt-get install iperf"安装。
UDP测试
在Ubuntu执行如下命令查看PC机IP地址并等待评估板连接。
Host# ifconfig
Host# iperf -s -u
图 196
在评估板文件系统执行如下命令测试网络通信速度，命令中192.168.0.134为PC机IP地址。测试完成后，Ubuntu和评估板均会打印测试结果。不同测试环境，测试结果将会有所差异。
Target# iperf -u -c 192.168.0.134 -b 1000M
图 197
TCP测试
在Ubuntu执行如下命令查看PC机IP地址并等待评估板连接。
Host# ifconfig
Host# iperf -s
图 198
在评估板文件系统执行如下命令测试网络通信速度，命令中192.168.0.134为PC机 IP地址。测试完成后，Ubuntu和评估板均会打印测试结果。不同测试环境，测试结果将会有所差异。
Target# iperf -c 192.168.0.134
图 199
Vivado工程说明
点击BLOCK DESIGN窗口下的"Address Editor"选项，查看IP核地址，地址分配如下图所示。
图 200
IP核配置
AXI DMA IP核
本案例使用AXI DMA IP核将数据在DDR与AXI Ethernet IP核之间进行搬运。
AXI DMA(AXI Direct Memory Access) IP核开发文档为产品资料“6-开发参考资料\Xilinx官方参考文档\”目录下的《pg021_axi_dma.pdf》，具体配置说明如下。
- 启用SG(scatter-gather)模式和启用控制/状态流。
- Width of Buffer Length Register设置为16，则DMA单次传输最大寻址范围为2^(Width of Buffer Length Register)，DMA单次传输最大数据量为2^(Width of Buffer Length Register)*8=64KByte。
- 读/写通道的Memory Map Data Width、Stream Data Width均设置为32，Max Burst Size均设置为16。
图 201
AXI Ethernet IP核
本案例使用AXI Ethernet IP核实现MAC层和物理层功能。
AXI Ethernet(AXI 1G/2.5G Ethernet Subsystem) IP核开发文档为产品资料“6-开发参考资料\Xilinx官方参考文档\”目录下的《pg138-axi-ethernet.pdf》。
配置AXI Ethernet IP核链路速率为1Gbps，PHY接口类型为RGMII。
图 202
axi_mig_pcie_demo案例
案例功能
案例功能：评估板ZYNQ端作为PCIe EP(Endpoint)设备，处理PCIe RC(Root Complex)设备发起的PCIe BAR0空间读写事务。
本案例测试评估板ZYNQ端和DSP端的PCIe通信，其中DSP端PCIe为双通道链路(x2)，ZYNQ端PCIe配置为四通道链路(x4)，自适应DSP端的双通道链路。
DSP端测试程序为“4-软件资料\Demo\DSP_Demo\noOS-demos\pcie_rc\”，为便于测试，我司在本案例的bin目录下提供了DSP端测试程序可执行文件pcie_rc_noOS_FPGA.out。
操作说明
使用ADT-Link公司的R22SR公对母PCIe信号交换线连接评估板PCIe EP(ZYNQ)金手指和PCIe RC(DSP)插槽。
图 203
将本案例PL端.bin格式可执行文件复制到评估板文件系统"/lib/firmware/"目录下，并将PL端可执行文件重命名为system_wrapper.bin，然后执行如下命令加载PL端可执行文件。
Target# echo system_wrapper.bin > /sys/class/fpga_manager/fpga0/firmware
图 204
通过仿真器加载评估板DSP端程序并运行，DSP端调试串口将打印PCIe通信速率（如下图所示）。本次总共传输64KByte数据，平均写速率约为702MByte/s，平均读速率约为640MByte/s。
图 205
Vivado工程说明
点击BLOCK DESIGN窗口下的"Address Editor"选项，查看IP核地址，地址分配如下图所示。
图 206
IP核配置
MIG 7 Series IP核
MIG(Memory Interface Generator) 7 Series IP核用于配置PL端DDR，说明见mig_dma案例IP核配置部分。
AXI Memory Mapped To PCI Express IP核
本案例使用AXI Memory Mapped To PCI Express IP核将PL端DDR映射为可被PCIe RC设备访问的内存。
AXI Memory Mapped To PCI Express IP核开发文档为产品资料“6-开发参考资料\Xilinx官方参考文档\”目录下的《pg055-axi-bridge-pcie.pdf》，具体配置说明如下。
配置设备类型为PCIe Endpoint设备，参考时钟为外部RC端输入的100MHz。
图 207
Lane Width配置为x4，Link Speed配置为5.0GT/s。
图 208
配置PCIe设备信息。Base Class Menu配置为Memory controller，Vendor ID配置为0x10EE，Device ID配置为0x7024。
图 209
BAR容量设置。根据PCIe RC设备实际支持情况设置容量大小，此处设置BAR0为64KByte。
图 210
BAR0的地址设置为0x60000000。
图 211
emio_emac_demo案例
案例功能
案例功能：PS端通过EMIO方式使用GEM1进行网络数据收发。
操作说明
基于FreeRTOS测试
请使用Micro USB线连接PC机和评估板PS端调试串口CON9(USB TO UART)，并使用网线将评估板PS端网口(PS RGMII0 ETH)、PL端网口(PL RGMII ETH)和PC机连接到同一个路由器，绿灯常亮、黄灯闪烁表示连接正常。
图 212
本小节简单演示如何将轻量级IP栈(IwIP)与FreeRTOS搭配使用。本次测试使用DHCP模式，如需设置为静态IP地址，请参考关键代码小节修改案例。
案例支持同时运行以下四个任务：
- PS端网口执行TCP echo server任务：PC主机通过网络调试工具向评估板发送数据，评估板将接收到的数据返回到PC主机。
- PS端网口执行UDP echo server任务：PC主机通过网络调试工具向评估板发送数据，评估板将接收到的数据返回到PC主机。
- PL端网口执行TCP echo server任务：PC主机通过网络调试工具向评估板发送数据，评估板将接收到的数据返回到PC主机。
- PL端网口执行UDP echo server任务：PC主机通过网络调试工具向评估板发生数据，评估板将接收到的数据返回到PC主机。
加载PS端FreeRTOS程序、PL端程序后，即可看到PS端串口调试终端打印如下信息。其中PS端网口IP地址为192.168.1.113，PL端网口IP地址为192.168.1.115。
图 213
双击打开产品资料“4-软件资料\Tools\Windows\”目录下的网络调试工具SocketTool_NoAD.exe。
- PS端网口TCP echo server任务测试
在弹出的界面中点击“TCP Client -> 创建”，在“对方IP”中输入评估板PS端网口IP地址：192.168.1.113，在“对方端口”中输入TCP echo server端口号：7，再点击确定。
图 214
点击“连接”，在“数据发送窗口”中输入需发送至评估板的数据，再点击“发送数据”。“数据接收及提示窗口”中将打印由PC机发送至评估板，以及由评估板发送至PC机的数据。
图 215
同时，串口调试终端将会打印如下信息。
图 216
PS端网口UDP echo server任务测试
在弹出的界面中点击“UDP Client -> 创建”，在“对方IP”中输入评估板PS端网口IP地址：192.168.1.113，在“对方端口”中输入UDP echo server端口号：8，再点击确定。
图 217
在“数据发送窗口”中输入需发送至评估板的数据，再点击“发送数据”。“数据接收及提示窗口”中将打印由PC机发送至评估板，以及由评估板发送至PC机的数据。
图 218
同时，串口调试终端将会打印如下信息。
图 219
PL端网口TCP echo server任务测试
在弹出的界面中点击“TCP Client -> 创建”，在“对方IP”中输入评估板PL端网口IP地址：192.168.1.115，在“对方端口”中输入TCP echo server端口号：7，再点击确定。
图 220
点击“连接”，在“数据发送窗口”中输入需发送至评估板的数据，再点击“发送数据”。“数据接收及提示窗口”中将打印由PC机发送至评估板，以及由评估板发送至PC机的数据。
图 221
同时，串口调试终端将会打印如下信息。
图 222
PS端网口UDP echo server任务测试
在弹出的界面中点击“UDP Client -> 创建”，在“对方IP”中输入评估板PL端网口IP地址：192.168.1.113，在“对方端口”中输入UDP echo server端口号：8，再点击确定。
图 223
在“数据发送窗口”中输入需发送至评估板的数据，再点击“发送数据”。“数据接收及提示窗口”中将打印由PC机发送至评估板，以及由评估板发送至PC机的数据。
图 224
同时，串口调试终端将会打印如下信息。
图 225
基于Linux测试
将本案例的动态设备树镜像文件emio-emac-demo-overlay.dtbo和PL端.bin格式可执行文件复制到"/lib/firmware/"目录下，并将PL端可执行文件重命名为system_wrapper.bin，然后执行如下命令加载设备树文件和PL端可执行文件。
Target# echo system_wrapper.bin > /sys/class/fpga_manager/fpga0/firmware
Target# mount -t configfs configfs /configfs
Target# mkdir /configfs/device-tree/overlays/emio_emac
Target# echo emio-emac-demo-overlay.dtbo > /configfs/device-tree/overlays/emio_emac/path
图 226
执行如下命令关闭PS端网口eth0，并使PL端网口eth1自动获取IP地址。PL端网口本次测试得IP地址为192.168.0.117。
Target# ifconfig eth0 down
Target# udhcpc -i eth1
图 227
如下使用Iperf工具测试评估板与PC机的网络通信速度。若未安装，可在Ubuntu中执行"sudo apt-get install iperf"安装。
UDP测试
在Ubuntu执行如下命令查看PC机IP地址并等待评估板连接。
Host# ifconfig
Host# iperf -s -u
图 228
在评估板文件系统执行如下命令测试网络通信速度，命令中192.168.0.134为PC机IP地址。测试完成后，Ubuntu和评估板均会打印测试结果。不同测试环境，测试结果将会有所差异。
Target# iperf -u -c 192.168.0.134 -b 1000M
图 229
TCP测试
在Ubuntu执行如下命令查看PC机IP地址并等待评估板连接。
Host# ifconfig
Host# iperf -s
图 230
在评估板文件系统执行如下命令测试网络通信速度，命令中192.168.0.134为PC机IP地址。测试完成后，Ubuntu和评估板均会打印测试结果。不同测试环境，测试结果将会有所差异。
Target# iperf -c 192.168.0.134
图 231
关键代码（PS端-FreeRTOS）
创建任务，任务函数为main_thread。
图 232
在任务函数main_thread中进行IwIP初始化，再创建任务netword_thread。
图 233
在任务network_thread中，调用xemac_add函数，添加设置好的网络接口信息，初始化PS端网口和PL端网口。
图 234
图 235
设置MAC地址，再根据评估板MAC地址的类型调用xemacpsif_init函数配置硬件。
图 236
获取评估板MAC地址类型信息。
图 237
图 238
在xemacpsif_init函数中，调用函数low_level_init来进行硬件设置。
图 239
在任务network_thread中，添加设置好的网络接口信息后，尝试自动获取IP地址。
图 240
成功获取IP地址后，建立TCP echo server和UDP echo server两个线程。
图 241
回显通过TCP协议发送至程序中的输入字符。
图 242
回显通过UDP协议发送至程序中的输入字符。
图 243
建立任务监控网口硬件连接状态(link up/link down)。
图 244
图 245
如需设置为静态IP地址，可参考如下说明。
修改宏定义，1表示自动获取IP地址，0表示使用静态IP地址。
图 246
设置静态IP地址、网关和子网掩码。
图 247
Vivado工程说明
通过GMII to RGMII IP核，将PS端的千兆以太网控制器(GEM1)的GMII接口转换为RGMII接口，实现对PL端网口的控制。
图 248
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