ZYNQ是一個神一樣的存在,硬體設計師不需要絞盡腦汁去思考嵌入式應用如何移植BSP;同樣軟體工程師也不需要深入弄清楚硬體的實作原理和架構,聽起來像是兩全其美, 你覺得呢? ZYNQ到底好用嗎?該如何用呢?如何開始呢?暫且放下放下這些疑問,你好我是竹海EE讀了小編下文你就會有答案,
ps7_cortexa9上的舞者
1. zynq的結構如下圖所示,麻雀雖小,五臟俱全,
曾有人問我,這個圖如何用,關于這個問題,這樣回答可能合適,首先看看框框有幾個,有沒有注意到大的PS和PL,這個很重要,不要只看到細節USB,SPI等,她在潛意識的告訴你嵌入式系統的邊界,就拿MIO展開敘述,需求很簡單我想通過系統操作一個LED,首先就要告訴系統我必須有GPIO,存在時根本,

2 怎么追尋到IO
這是一個有意義的問題,這也許是初學者感覺煩惱的地方,在開始闡述之前,先說點別的,作業系統如何操作設備呢?簡單的說設備主要有IO設備和存盤設備,和本文緊密相關的是IO設備,linux系統在BIOS已經給每個設備的物理基礎地址,簡單的說我要去開門,我是不是需要鑰匙,系統分配給IO一個鑰匙,比較有趣的是,用戶不能直接操作,原因呢?安全和硬體資源有限,安全是為了防止內核的崩潰,實際存盤控制只有那么大,這讓軟體使用者感覺很不友好,寫代碼還要考慮地址是否出界,想想就是麻煩,虛擬地址就解決了用戶使用友好性的問題,話題扯得有點遠,如下圖所示,說重點,系統給你一個假的地址,史稱虛擬地址,然后通過內部的TLB,MMU等機制轉換成你想要的地址,操作IO也是一樣,用戶可以IOMP,好了,追尋IO我們需要拿到操作io的地址,
姑且自己分配個地址,這些在生成平臺時候會看到的,
#define XPAR_PS7_GPIO_0_DEVICE_ID 0
#define XPAR_PS7_GPIO_0_BASEADDR 0xE000A000
#define XPAR_PS7_GPIO_0_HIGHADDR 0xE000AFFF

3. 有趣的hw_platfom和BSP
這點不打算多說,這張表很重要,給出了地址映射的資訊,簡單的說就是cortexa9如何地址分配,這兩張表對于初學者的用處不大,主要給BSP用的,簡單的說,hw_platfom給的是初始化API和基本的資源物理資訊,用戶用的較多的是BSP,


BSP看起來很抽象,類比一下,大家應該聽說過linux的CDEV device bus框架,還有windows的KDMF和UDMF,都是給用戶用的,用戶只要知道意義即可,
考慮到實用性的問題,舉一個實體,說明如何操作BSP的API,先談一下套路,驅動開發的套路,
初始化設備
檢查初始化正確性,
系統呼叫
然后就是如下圖所示,讀寫等函式,就是不讓你用其他的,嘿嘿,linux系統開發者可能會說,必須按我的規則(框架)來玩游戲,

狀態監控
設備銷毀
那就來點具體的,想要弄清楚IO如果用,筆者建議認真閱讀xgpiops.h頭檔案,只說和本文例子相關的兩個結構體,如下所示,比折不繞彎,說的可能有定俗,還請海涵,
我要找操作IO入口地址 -> XGpioPs_Config
我要實體化IO設備->XGpioPs
筆者并不喜歡ZYNQ開發,總感覺用別人的BSP陰陽作怪,如下圖所示,這命名我也是醉了,

吐槽過了就說物體,一句話搭積木,
status= XGpioPs_CfgInitialize(&led_o,XGpioPs_LookupConfig(XPAR_PS7_GPIO_0_DEVICE_ID),XPAR_PS7_GPIO_0_BASEADDR);
if(status != XST_SUCCESS)
printf("not config init..") ;
筆者認為代碼簡單使用至上,一句話就初始化IO口,之后的就是操作 XGpioPs型別的物件led_o,別漏了設定使能,
XGpioPs_SetDirectionPin(&led_o, pin_idx, 1 ) ;
XGpioPs_SetOutputEnablePin(&led_o, pin_idx, 1) ;
簡單讀寫如下
XGpioPs_WritePin(&led_o, pin_idx, 0) ;
好了,在處理器上跳動就結束了,歸根結底,放了一個嵌入式硬核在FPGA里面,然后在處理器上開發應用,前提是啥?平臺在運轉,應用才能用,和軟體開發MFC是不是有點類似?
HLS硬體加速方案中的精靈
先談點別的,演算法開發有點畝訓,但是現實中有很多演算法都是基于系統開發的,而不是獨立的,為什么呢?時間成本?人力成本?實作難度?
HLS C為根本
但是這種C,沒有那么靈活,用起來感覺有點別扭,簡單地說兩個比較重要,資料型別和內建方法,以紅外融合圖象處理舉例說明,
typedef hls::Mat<G_X, G_Y, HLS_32FC1> FAC_IMAGE;
typedef hls::Mat<G_X, G_Y,HLS_8UC3> RGB_IMAGE;
typedef hls::Mat<G_X, G_Y,HLS_8UC1> GRAY_IMAGE;
typedef hls::Scalar<1,unsigned char > PIX_UC1 ;
為什么用別人的函式型別,可重用性高,你不用再去寫API,影像常用的幾種格式,RGB,HSV,YCrCb等直接用很方便,但是有個問題,HLS_8UC3是啥?這個疑問是初學者必然存在的,這個必須積累,時間久了,你就懂了,他的命名規則了,筆者還是覺得自己寫函式比較習慣,如下為筆者自己寫的盒子濾波部分代碼,關鍵是如何操作一個像素點,這個弄清楚所有迎刃而解,秘訣>> << ,

這都是子組件,重要的是需要一個把所有的連接起來,還需要能綜合,hls::AXIvideo2Mat,這個筆者認為并不是特別的友好,沒辦法配合這個仿真CV API挺好用,
IplImage* src = cvLoadImage(INPUT_IMAGE, 1);
IplImage* dst = cvCreateImage(cvGetSize(src), src->depth, src->nChannels);
AXI_STREAM src_axi;
AXI_STREAM dst_axi;
IplImage2AXIvideo(src, src_axi);
imageEngine(src_axi, dst_axi, src->height, src->width);
AXIvideo2IplImage(dst_axi, dst);
仔細看起來,就是image -> stream ->mat ->stream -> image,吐槽一下好麻煩,無奈,不過好處是可以和CV庫無縫對接,開發時間減少,性能不好說,
重在優化,瓶頸也在優化
說的夠多了,最后經過pipe,拆分等優化,實作了紅外融合增強細節的硬體加速演算法方案,迭代很多次優化好難,效果如下,


經過上文敘述,筆者給了兩種FPGA嵌入式思維開發舉例,感興趣的多交流,筆者自認為篇幅有限,很多是點到為止,還請海涵,
FPGA開發嵌入式奇葩嗎?感興趣請留言,書寫看法,
竹海EE,2020/12/13隨筆
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