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隨著嵌入式設(shè)備的廣泛應(yīng)用，SoC（System on Chip）已成為嵌入式系統(tǒng)中的重要組成部分。Xilinx Zynq系列是當(dāng)前業(yè)界最為出色的SoC設(shè)計(jì)，該系列利用FPGA的可重構(gòu)性和ARM的處理器內(nèi)核，為設(shè)計(jì)人員提供了一個(gè)高度可定制化的解決方案。
創(chuàng)新互聯(lián)專業(yè)IDC數(shù)據(jù)服務(wù)器托管提供商，專業(yè)提供成都服務(wù)器托管，服務(wù)器租用，服務(wù)器機(jī)柜租賃，服務(wù)器機(jī)柜租賃，成都多線服務(wù)器托管等服務(wù)器托管服務(wù)。
Zynq SoC在嵌入式系統(tǒng)中的主要應(yīng)用是作為處理器子系統(tǒng)的擴(kuò)展，可用于實(shí)現(xiàn)高效的數(shù)據(jù)處理，通信、控制、安全等功能。其中，PL（Programmable Logic，可編程邏輯）部分扮演著重要的角色，可通過編程將其定制為不同的硬件設(shè)備和接口，以滿足各種應(yīng)用需求。
本文將重點(diǎn)介紹Zynq PL中斷在Linux中的應(yīng)用，并探討其實(shí)現(xiàn)方法和技術(shù)難點(diǎn)。
一、Linux中斷機(jī)制簡(jiǎn)介
在Linux系統(tǒng)中，中斷機(jī)制是實(shí)現(xiàn)各種硬件設(shè)備和外設(shè)與系統(tǒng)的交互的重要手段。中斷是指硬件設(shè)備向系統(tǒng)發(fā)出的異步事件通知，例如按鍵按下、定時(shí)器超時(shí)等。當(dāng)硬件設(shè)備觸發(fā)中斷時(shí)，系統(tǒng)將中斷事件通知到相應(yīng)的中斷處理程序中進(jìn)行處理。中斷處理程序會(huì)暫時(shí)中止當(dāng)前正在執(zhí)行的任務(wù)，執(zhí)行中斷處理程序，處理完中斷后，繼續(xù)執(zhí)行之前的任務(wù)。
對(duì)于大多數(shù)外設(shè)，如定時(shí)器、串口等，中斷處理程序的編寫是必須的。在Linux內(nèi)核中，中斷處理程序是通過IRQ（Interrupt ReQuest）機(jī)制來注冊(cè)的。IRQ號(hào)是中斷號(hào)的一個(gè)別名，主要用于將中斷響應(yīng)程序綁定到特定的硬件中斷等操作。IRQ號(hào)可以在啟動(dòng)時(shí)從設(shè)備樹中獲取，也可以通過內(nèi)核API（Application Programming Interface）動(dòng)態(tài)分配。
二、Zynq中斷架構(gòu)
Zynq SoC的PL部分是一個(gè)FPGA芯片，可重新編程以滿足不同的硬件需求。在Zynq SoC中，PL通過PS（Processing System，處理器系統(tǒng)）接口與處理器核之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。其中，PL端與PS端的中斷處理非常重要。
PL中斷可以由多種外設(shè)觸發(fā)，例如GPIO（General Purpose Input Output）、SPI（Serial Peripheral Interface）、I2C（Inter-Integrated Circuit）等，處理器核可以通過訪問中斷控制器來注冊(cè)和注銷PL中斷，使用相應(yīng)的中斷處理程序響應(yīng)外設(shè)中斷。
在Zynq SoC中，處理器核和可編程邏輯之間的中斷交互涉及到兩個(gè)主要的IP（Intellectual Property）核心，MSC（Muli-standard Communication Co-processor）和AXI（Advanced eXtensible Interface）Interrupt Controller。MSC是一個(gè)可編程邏輯收發(fā)器，可用于支持高速通信協(xié)議，例如PCI Express、SATA等，AXI Interrupt Controller則是管理PL外設(shè)中斷的核心。
MSC中斷響應(yīng)：
當(dāng)MSC接收到一個(gè)來自PL外設(shè)的中斷請(qǐng)求時(shí)，它會(huì)將該請(qǐng)求轉(zhuǎn)發(fā)給AXI Interrupt Controller，該控制器將處理器核分配給與中斷請(qǐng)求相關(guān)聯(lián)的中斷服務(wù)程序。在中斷服務(wù)程序執(zhí)行期間，AXI Interrupt Controller將暫停來自PL的外設(shè)的中斷請(qǐng)求，以保證中斷服務(wù)程序能夠在執(zhí)行期間訪問系統(tǒng)資源。中斷處理程序完成后，AXI Interrupt Controller將恢復(fù)來自PL外設(shè)的中斷請(qǐng)求。
AXI Interrupt Controller：
AXI Interrupt Controller通過AXI總線連接到PS和PL之間的連接器，用于實(shí)現(xiàn)中斷請(qǐng)求的仲裁和分配，以及中斷優(yōu)先級(jí)的管理。該控制器可以為每個(gè)外設(shè)分配一個(gè)唯一的中斷號(hào)，以避免中斷信號(hào)沖突。此外，AXI Interrupt Controller還支持動(dòng)態(tài)中斷控制，可以在運(yùn)行時(shí)添加和刪除中斷服務(wù)程序。
三、Zynq PL中斷在Linux中的應(yīng)用
在Linux系統(tǒng)中，PL中斷處理程序可以快速響應(yīng)硬件事件，以提高系統(tǒng)的響應(yīng)性和工作效率。在Zynq SoC中，通過AXI Interrupt Controller可以為PL外設(shè)分配唯一的中斷號(hào)，方便編程人員編寫中斷處理程序。
在使用PL中斷時(shí)，需要在設(shè)備樹中添加相應(yīng)的中斷控制器，例如AXI Interrupt Controller，以及與之對(duì)應(yīng)的中斷路徑。中斷路徑由設(shè)備的名稱和中斷號(hào)構(gòu)成。當(dāng)中斷請(qǐng)求產(chǎn)生時(shí)，系統(tǒng)將從設(shè)備樹中獲取相應(yīng)的中斷路徑和號(hào)碼，并將它們傳遞給中斷處理程序。
使用中斷的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是增強(qiáng)了系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。由于中斷機(jī)制能夠快速響應(yīng)硬件事件，防止系統(tǒng)出現(xiàn)死鎖和資源占用。因此，開發(fā)人員應(yīng)該根據(jù)具體應(yīng)用需求合理地設(shè)計(jì)和管理中斷，以提高系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。
四、小結(jié)
Zynq SoC作為更SoC方案，為嵌入式系統(tǒng)帶來了很多創(chuàng)新。使用PL中斷可以提高系統(tǒng)的響應(yīng)性和工作效率，同時(shí)也增強(qiáng)了嵌入式系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。本文介紹了Zynq PL中斷在Linux中的應(yīng)用，以及在實(shí)現(xiàn)中需注意的技術(shù)難點(diǎn)。希望本文能對(duì)有志于從事嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)和開發(fā)的人員有所幫助。
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第 9 章 ZedBoard 入門
前面大家已經(jīng)對(duì) ZYNQ 架構(gòu)以及相應(yīng)的開發(fā)工具有一定的認(rèn)識(shí)，接下來我們將帶領(lǐng)大家來一起 體驗(yàn) ZYNQ，體驗(yàn)軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)的魅力。由于時(shí)間的關(guān)系，下面的一些實(shí)驗(yàn)（本章及后續(xù)章節(jié)的實(shí)驗(yàn)） 可能有不完善的地方，歡迎讀者向我們反饋。 9.1 跑馬燈 本實(shí)驗(yàn)將指導(dǎo)大家使用 Vivado 集成設(shè)計(jì)環(huán)境創(chuàng)建本書的之一個(gè) Zynq 設(shè)計(jì)。這里，我們使用跑馬燈 這個(gè)入門實(shí)驗(yàn)來向大家介紹 Vivado IDE 的 IP Integrator 環(huán)境，并在 Zedboard 上實(shí)現(xiàn)這個(gè)簡(jiǎn)單的 Zynq 嵌 入式系統(tǒng)。之后，我們將會(huì)使用 SDK 創(chuàng)建一個(gè)簡(jiǎn)單的軟件應(yīng)用程序，并下載到 Zynq 的 ARM 處理器中， 對(duì)在 PL 端實(shí)現(xiàn)的硬件進(jìn)行控制。本實(shí)驗(yàn)分為三個(gè)小節(jié)來向大家進(jìn)行介紹： ? 之一節(jié)我們將使用 Vivado IDE 創(chuàng)建一個(gè)工程。 ? 在之一節(jié)的基礎(chǔ)上，第二節(jié)我們將繼續(xù)構(gòu)建一個(gè) Zynq 嵌入式處理系統(tǒng)，并將完成后的硬件導(dǎo)入 到 SDK 中進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)。 ? 最后一節(jié)我們將使用 SDK 編寫 ARM 測(cè)試應(yīng)用程序， 并下載到 ZedBoard 上進(jìn)行調(diào)試。 實(shí)驗(yàn)環(huán)境：Windows 7 x64 操作系統(tǒng)， Vivado2023.4，SDK 2023.4
9.1.1 Vivado 工程創(chuàng)建
1) 雙擊桌面 Vivado 快捷方式 ，或者瀏覽 Start > All Programes > Xilinx Design Tools > Vivado
2023.4 > Vivado 2023.4 來啟動(dòng) Vivado. 2) 當(dāng) Vivado 啟動(dòng)后，可以看到圖 9-1 的 Getting Started 頁(yè)面。
圖 9- 1 Vivado 開始界面
3) 選擇 Create New Project 選項(xiàng)，圖 9-2 所示的 New Project 向?qū)?huì)打開，點(diǎn)擊 Next。
圖 9- 2 New Project 對(duì)話框 4) 在 Project Name 對(duì)話框中早賣，輸入 first_zynq_design 作為 Project name, 選擇 C:/XUP/Zed 作為 Project location，確保 Create project subdirectory 被勾選上，如圖 9-3，點(diǎn)擊 Next。
圖 9- 3 Project Name 對(duì)話框 5) 在 Project Type 對(duì)話框中，選擇 RTL Project，確保 Do not specify sources at this time 選項(xiàng)沒有 被勾選，如圖 9-4，點(diǎn)擊 Next。
圖 9- 4 Project Type 對(duì)話框 6) 在 Add Source 對(duì)話框中， 選擇 Verilog 作為目標(biāo)語(yǔ)言，如果你拍睜李對(duì) VHDL 熟悉的話， 你也可以 選擇 VHDL，如果這里你忘記了選擇，在工程創(chuàng)建完成后，也可以在工程設(shè)置中選擇你熟悉的 HDL 語(yǔ)言。如果你已經(jīng)有了源文件，在這里就可以選擇 Add file 或者 Add directory 進(jìn)行添加， 由于我們沒有任何的源文件， 所以這里我們直接點(diǎn)擊 Next 即可，如圖 9-5。
圖 9- 5 添加源文件 7) 在 Add Existing IP 對(duì)話框中，點(diǎn)擊 Next。 8) 在 Add Constraints 對(duì)話框中，點(diǎn)擊 Next。 9) 在 Default Part 對(duì)襲遲話框中，在 Specify 框中選擇 Boards 選項(xiàng)，在下面的 Board 列表中選擇 ZedBoard Zynq Evaluation and Development Kit，點(diǎn)擊 Next，如圖 9-6。
圖 9- 6 芯片選擇 10) 在 New Project Summary 對(duì)話框中，點(diǎn)解 Finish 完成工程創(chuàng)建，至此，我們已經(jīng)使用 Vivado 創(chuàng)建了一個(gè) Zynq 設(shè)計(jì)的工程框架，圖 9-7 為 Vivado 的工程界面，在第四章我們已經(jīng)對(duì)該界面 進(jìn)行過介紹，如果還不熟悉的讀者再回到前面復(fù)習(xí)一下。下面我將使用 Flow Navigator 的 IP Integrator 功能完成第二節(jié)的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)。
圖 9- 7 Vivado 工程界面
9.1.2 在 Vivado 中創(chuàng)建 Zynq 嵌入式系統(tǒng) 這一節(jié)我們將創(chuàng)建一個(gè)簡(jiǎn)單的 Zynq 嵌入式系統(tǒng)，該系統(tǒng)使用 Zynq PL 部分實(shí)現(xiàn)一個(gè)通用 I/O 控制 器 (GPIO)，控制器同 ZedBoard 上的 8 個(gè) LED 相連接，并且通過 AXI 總線連接到 PS 端，這樣我們就可 以通過將要在第三小節(jié)中實(shí)現(xiàn)的 ARM 應(yīng)用程序來對(duì) LED 進(jìn)行控制。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖 9-8 所示。
說到學(xué)習(xí)ZYNQ+SOC+Linux開發(fā)，我認(rèn)為主要應(yīng)該細(xì)分為lian兩大點(diǎn)：zynq，soc合為一個(gè)點(diǎn)，linux為一個(gè)點(diǎn)。下面我就給大家介紹學(xué)習(xí)的流程和路線。
一，學(xué)習(xí)zynq+soc的FPGA開發(fā)部分和片上ARM核的寄存器，裸奔應(yīng)用開發(fā)，我推薦大家收閱讀文檔《ZYNQ+SOC修煉秘籍-最全面的pdf》，下面我給大家貼上下載地址。
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二，如果各位能按部就班的閱讀并自己動(dòng)手編寫測(cè)試《ZYNQ+SOC修煉秘籍-最全面的pdf》里面的內(nèi)容，我相信大家對(duì)于zynq的硬件部分已經(jīng)足夠了解，并且能夠?qū)懗龌贔PGA+ARM構(gòu)架的裸奔程序應(yīng)用了。
那么接下來，我們就應(yīng)該學(xué)習(xí)管如何在zynq平臺(tái)上搭建Linux操作系統(tǒng)了。
（1）u-boot的編譯
我相信大家已經(jīng)肯定在網(wǎng)上搜索理解了很多關(guān)于u-boot編譯的資料，所以在此睜稿我給大家提供的shi是如何解決編譯過程中遇到的一些問題，將自己在銀兆項(xiàng)目實(shí)踐中的記錄分享給大家，具體請(qǐng)參考《zynq-u-boot編譯說明書》這個(gè)資料，下面為下載鏈接地址。
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（2）kernel的編譯
眾所周知，kernel為L(zhǎng)inux的內(nèi)核，這個(gè)是最最核心的部分，在此不做過多的贅述，給大家分享項(xiàng)目中的記錄吧。具體參考《zynq-kernel編譯說明書》這個(gè)資料。
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（3）設(shè)備樹的編譯
不知道大家是否知道，Linux上的驅(qū)動(dòng)是怎么和硬件掛鉤的嗎？沒錯(cuò)，就是使用的設(shè)備樹，話不多說，請(qǐng)參照《zynq設(shè)備樹配置說明》這個(gè)資料，下面為下載鏈接地址。
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（4）文件系統(tǒng)的搭載
在完成上述三步的操作之后，需要一個(gè)完整的Linux系統(tǒng)我們就還需要搭載上文件系統(tǒng)，國(guó)外很多人喜歡利用buildroot自己及定制文件系統(tǒng)，但是對(duì)于初學(xué)者我的建議是先使用已經(jīng)完善的文件系統(tǒng)，具體的做法請(qǐng)參照《zynq文件系統(tǒng)掛載》這個(gè)資料，下面為下載鏈接地址。
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三，在完成了u-boot的編譯，kernel的編譯，設(shè)備樹的編譯，文件系統(tǒng)的編譯掛載后，一個(gè)完整的Linux系統(tǒng)就搭建成功了。不過我相信在過程中肯定會(huì)遇到或多或少的各種各樣的問題，在此本人為大家分享一些在過程中遇到的問題以及解決方法，水平有限望大神勿噴。
（1）在運(yùn)行掛載文件系統(tǒng)的時(shí)候本人就曾經(jīng)遇到，系統(tǒng)默認(rèn)掛載的是ramdisk，所以無(wú)法掛載我搭建在SD卡上的ext4的文件系統(tǒng)，請(qǐng)參考《zynq不加載悉搏孝ramdisk的方法》資料里的解決方法，下面為資料xixi下載鏈接。
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（2）如何解決板子每次上電都動(dòng)態(tài)分配ip，導(dǎo)致用戶無(wú)法準(zhǔn)確知道板子的ip呢？那就請(qǐng)參考《zynq_linux配置靜態(tài)和動(dòng)態(tài)ip的方法》這個(gè)資料里的內(nèi)容，下面為下載鏈接。
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（3）配置好靜態(tài)ip后，那么肯定是kai’開始用用SSH連接板子，現(xiàn)在就讓我們來解決SSH連接的問題，請(qǐng)參考《zynq上的SSH無(wú)法鏈接問題》這個(gè)資料里的內(nèi)容，下面為下載鏈接。
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（4）以上問題都解決了后，自然是想自己動(dòng)手編寫Linux下的驅(qū)動(dòng)咯。只有有了驅(qū)動(dòng)才能使得FPGA為L(zhǎng)inux所用，那么接下來給大家分享幾個(gè)編寫Linux下的axi dma驅(qū)動(dòng)的資料供大家參考。
《zynq字符設(shè)備驅(qū)動(dòng)代碼》
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《zynq_linux字符驅(qū)動(dòng)之自動(dòng)創(chuàng)建設(shè)備節(jié)點(diǎn)》
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《zynq上axi-dma作為字符設(shè)備的驅(qū)動(dòng)代碼》
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《zynq_dma_device_tree說明文件》
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四，以上介紹大部分均為本人在學(xué)習(xí)，做項(xiàng)目時(shí)的總結(jié)，在此分享給大家，希望對(duì)廣大的學(xué)習(xí)群體有所幫助，本人水平有限，在此希望各路大神們勿噴。接下來就靠大家自己努力加油了！
關(guān)于zynq pl 中斷 linux的介紹到此就結(jié)束了，不知道你從中找到你需要的信息了嗎 ？如果你還想了解更多這方面的信息，記得收藏關(guān)注本站。
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文章題目：ZynqPL中斷在Linux上的應(yīng)用(zynqpl中斷l(xiāng)inux)
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