AM5728經過GPMC接口與FPGA高速數據通訊實現

時間 2019-12-09

標籤 am5728 經過 gpmc 接口 fpga 高速數據通訊實現简体版

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硬件：AM5728開發板；Artix-7開發板
軟件：Linux am57xx-evm 4.4.19；Vivado 2015.2
做者：杭州矢志信息科技有限公司
郵箱：admin@sysjoint.comphp

AM5728外設接口豐富，有V-PORT接口、PCIe、GPMC、USB、UART等等，一般與FPGA之間高速數據通訊能夠選擇V-PORT、PCIe、GPMC，這裏以實現起來最簡單的GPMC爲例，實現了從FPGA到AM5728的高速數據搬運。linux

AM5728的ARM端運行Linux 4.4內核操做系統，經過GPMC接口採用DMA的方式讀取FPGA端的數據，讀取32KB數據大概用了540us，即60MB/s左右的速度，實際上經過配置GPMC接口的時間參數和工做模式，速度還能夠更快。git

GPMC接口介紹

GPMC的全稱是 General-Purpose Memory Controller，即通用存儲控制器，是TI的Sitara 系列處理器AM5728用來與外部存儲設備例如NOR FLASH、NAND FLASH、SRAM等等通訊的一個接口。這個接口並非AM5728特有的，在BeagleBone Black、AM33XX等芯片上也有相似接口。github

1.1 硬件鏈接方式編程

參考SPRUHZ6I 15.4.6.1.2 在AM5728中把GPMC接口配置爲異步模式並設置NOR FLASH、非地址數據線複用的模式與FPGA通訊，但只用16位數據線，不用地址線，即採用相似於FIFO的方式與FPGA通訊。目前實際只使用到了以下I/O口，信號方向以下圖所示。異步

GPMC_D[15:0]： 16位數據線工具

GPMC_nCS：片選信號ui

GPMC_nOE：輸出使能時鐘操作系統

FPGA_nRST：用於通知FPGA讀寫指針復位3d

FPGA_nIRQ：用於通知ARM讀取一塊數據

1.2 硬件接口協議

採用異步方式讀取，即不使用GPMC_CLK，FPGA端在GPMC_nOE的降低沿把數據送出去。

目前這種工做模式下的GPMC接口，咱們只須要關心如下幾個時間：

即CS有效時間，OE有效時間，GPMC讀取數據時間，GPMC單個讀取週期。

Linux驅動實現

Linux 4.4 版本內核採用設備樹dts的方法編寫驅動，與2.6版本時候有較大區別，4.4版本內核中關於GPMC接口的API幾乎沒有導出，經過API來操做不可行，必須使用編寫設備樹方法。關於設備樹的編譯請參考創龍的用戶手冊。

AM5728的dts文件路徑：linux-4.4.19-g5e4091a-v1.3\arch\arm\boot\dts

內核實現的gpmc驅動在：linux-4.4.19-g5e4091a-v1.3\drivers\memory\omap-gpmc.c

關於 dts 的編程方法能夠參考：

https://learn.adafruit.com/introduction-to-the-beaglebone-black-device-tree/overview

以及閱讀Linux內核目錄下的文檔：

Documentation\devicetree\bindings\mtd\gpmc-nor.txt

配置方面主要包括與GPMC相關的7個配置寄存器CONFIG1-CONFIG7，GPMC端口初始化等等。

（1）首先確保在文件dra7.dtsi中引入了GPMC控制器，以下：

（2）接着在 am57xx-beagle-x15-common.dtsi 加入 GPMC 管腳初始化配置

（3）最後在實現一個本身的GPMC設備節點，其中關鍵的時序參數以下，在這裏咱們設置GPMC的片選CS6地址爲0x10000000，大小爲16MB，GPMC的單個讀取週期爲30ns。

採用DMA傳輸

AM5728帶有System DMA和Enhanced DMA，Linux 4.4 以後內核中 EDMA 相關的API不對外導出，所以暫時只能採用通用的DMA API操做，實現DMA搬運。

須要注意的是，DMA中配置的地址都爲物理地址，即DMA傳送到源端爲外設的地址即GPMC的物理地址，目的地端爲你申請的內存空間物理地址。

實驗驗證

（1）使用memread讀取GPMC端口數據

memread中使用mmap方法把GPMC的物理地址0x10000000映射到用戶空間。在用戶空間經過CPU讀取GPMC端口數據，抓取CS6n和OEn的波形以下，目前沒有用到DMA傳送，只是在Linux循環讀取，能夠看見每一個週期裏片選信號CS6n都會維持很長一段高電平的時間，GPMC一次的讀取週期大概爲200ns。

通道1爲片選信號CS6n，通道2爲輸出使能信號OEn

這樣的速率大概只有 16bit / 200ns = 10MB/s

（2）使用DMA傳輸

編譯並使用insmod工具加載DMA驅動edmatest.ko，抓取CS6n和OEn的波形以下，使用DMA傳送，這下讀週期就小了不少了，大概只有30ns，和GPMC參數裏設置的徹底一致。讀取32KB數據大概用了540us，即60MB/s左右的速度。實際上經過配置GPMC接口的時間參數和工做模式，速度還能夠更快。

（3）FPGA端對應的代碼，FPGA端的代碼只要是實如今每一個OEn信號降低沿來的時候，把16bit的數據送到GPMC_DATA端口，並自加一次。

（4）Linux端讀取數據並作校驗

校驗經過，說明數據一致性正確！至此AM5728與FPGA經過GPMC接口用DMA實現數據高速傳輸，驗證可行！