[導(dǎo)讀] 前面寫過篇介紹ZYNQ基本情況的文章，今天來肝一篇實(shí)戰(zhàn)文章介紹AXI quad SPI 使用方法，如果你正使用ZYNQ的這個(gè)IP，希望對(duì)你有所幫助。

初識(shí)AXI quad SPI

自《PG153 AXI Quad SPI v3.2》

支持：

Legacy Mode

standard mode: 準(zhǔn)SPI通常就稱SPI，它是一種串行外設(shè)接口規(guī)范，有4根通信腳：SCK （時(shí)鐘）, CS（片選）, MOSI（主出從入）, MISO（主入從出）。

Dual/Quad SPI Mode:

AXI QuadSPI 模式

在標(biāo)準(zhǔn)模式下，支持高達(dá)32個(gè)從站，這是非常靈活的指標(biāo)。本文對(duì)于手冊(cè)中的詳細(xì)技術(shù)細(xì)節(jié)不做過多闡述，有興趣的自行深入閱讀研究。

該SPI IP能干神馬呢？

完成如下這樣一個(gè)應(yīng)用場景：

SPI IP訪問多從SPI芯片

所需要實(shí)現(xiàn)的需求用例為：

本文實(shí)現(xiàn)用例描述

利用AXI quad SPI 實(shí)現(xiàn)SPI外設(shè)控制器

實(shí)現(xiàn)SPI外設(shè)控制器驅(qū)動(dòng)

實(shí)現(xiàn)多SPI從設(shè)備掛載在SPI總線

實(shí)現(xiàn)用戶空間訪問多從SPI物理從設(shè)備

從軟件分層的視角來看，上述的需求需要實(shí)現(xiàn)下面的訪問層級(jí)：

PS/PL軟硬件層次架構(gòu)圖

為什么要研究這個(gè)呢？實(shí)際用ZYNQ芯片做產(chǎn)品時(shí)，很有可能外部有多個(gè)SPI從設(shè)備芯片需要利用Linux訪問，你或許會(huì)說ZYNQ的PS端不是自帶了兩個(gè)SPI控制器嗎？但有時(shí)候項(xiàng)目中這兩個(gè)SPI對(duì)應(yīng)的引腳可能用做其他用途了，而一個(gè)復(fù)雜的項(xiàng)目中又不得不使用多個(gè)SPI從設(shè)備芯片時(shí)，本文所討論的話題就能很好的解決這樣的需求場景了。通過本文，你會(huì)發(fā)現(xiàn)，原來ZYNQ的SPI IP是如此靈活好用！

本文目的實(shí)戰(zhàn)描述，如何一步一步從PL端設(shè)計(jì)：

block design

約束

綜合

導(dǎo)出

乃至PS端：

SPI驅(qū)動(dòng)配置

設(shè)備樹修改

系統(tǒng)編譯部署

設(shè)備驅(qū)動(dòng)測(cè)試

按照這個(gè)流程，那么第一步需要設(shè)計(jì)PL端與PS端的配置，且看：

AXI Quad SPI 之配置

從IP catalog中按下圖從ip庫中添加如下IP：

ZYNQ7 processing System

AXI interconnect

AXI Quad SPI(可根據(jù)需要添加多個(gè))

Processing System Reset（添加ZYNQ7 processing System 點(diǎn)自動(dòng)連線會(huì)自動(dòng)添加，當(dāng)然也可以手動(dòng)添加）

Concat

Block設(shè)計(jì)圖

使能ZYNQ7 processing System的時(shí)鐘PL Fabric clocks,用以驅(qū)動(dòng)PL端的IP：

PL Fabric clocks設(shè)置

使能M AXI GP0接口如下：

M AXI GP0設(shè)置

雙擊AXI interconnect，設(shè)置2主1從：

AXI interconnect設(shè)置

雙擊axi_quad_spi_0設(shè)置如下，設(shè)置4個(gè)從設(shè)備（最多可支持32個(gè)從設(shè)備，PS端內(nèi)置的SPI控制器1個(gè)最多支持3個(gè)從設(shè)備，從這一點(diǎn)可看出該IP的靈活性）

axi_quad_spi設(shè)置

同樣將axi_quad_spi_1設(shè)置為2個(gè)從設(shè)備接口。

然后按照前面的連線圖，將各塊連接好，做過硬件的盆友會(huì)比較適應(yīng)，這就像畫原理圖一樣，就將各IP建立了邏輯連接關(guān)系了。除此之外，對(duì)于一個(gè)ZYNQ的板子而言，你還需要做如下的PS端設(shè)置：

DDR RAM設(shè)置，根據(jù)自身的板子的內(nèi)存芯片以及內(nèi)存大小進(jìn)行設(shè)置

Peripheral IO外設(shè)設(shè)置，比如SD卡，UART,QUAD SPI Flash,erthernet等

clock時(shí)鐘系統(tǒng)設(shè)置，根據(jù)板子的情況進(jìn)行設(shè)置CPU、DDR時(shí)鐘頻率、IO時(shí)鐘等

......

至于這些怎么配置，比較常見這里就不贅述了。

對(duì)于AXI quad SPI外設(shè)還有一個(gè)很重要的配置，就是其地址范圍：

AXI quad SPI地址設(shè)置

該地址最終將導(dǎo)出到設(shè)備樹描述文件，用于SPI控制器驅(qū)動(dòng)訪問，從而讓SPI控制器驅(qū)動(dòng)得以與該IP通過AXI總線進(jìn)行通信。

導(dǎo)出硬件文件

點(diǎn)擊open elaborated design ，然后打開io ports進(jìn)行管腳分配，這需要根據(jù)各自的硬件實(shí)際情況進(jìn)行設(shè)置，比如我是這樣設(shè)置的：

管腳約束設(shè)置

電平標(biāo)準(zhǔn)

是否上拉

驅(qū)動(dòng)能力

.....

然后點(diǎn)擊Run synthesis進(jìn)行綜合，成功之后點(diǎn)擊生成bit stream。再點(diǎn)擊export hardware,得到.hdf文件，這個(gè)文件用于構(gòu)建內(nèi)核。

導(dǎo)出硬件描述文件

將得到的硬件描述hdf文件以及bitstream文件拷貝至內(nèi)核編譯文件夾下：

硬件描述及bit文件

配置編譯內(nèi)核

運(yùn)行命令讀取硬件描述文件：

petalinux-config--get-hw-description../base.sdk

注：這里將hdf文件以及.bit文件放置在petalinux編譯路徑的上級(jí)目錄的base.sdk，根據(jù)習(xí)慣可自行設(shè)置，只有上述命令傳入的路徑正確即可。

等待一段時(shí)間后，可得到一個(gè)配置界面，用于配置內(nèi)核源、u-boot源、Image 等配置。

petalinux-config

根據(jù)實(shí)際情況配置好后，退出配置并保存配置。使用過的會(huì)比較熟悉，這里不贅述了。

配置設(shè)備樹

編輯用戶設(shè)備樹文件，用戶設(shè)備樹文件在下面路徑中：

./project-spec/meta-user/recipes-bsp/device-tree/files/system-user.dtsi

配置設(shè)備樹如下：

/include/"system-conf.dtsi" /{ }; &axi_quad_spi_0{ status="okay"; clock-names="axi_clk","axi4_clk","spi_clk"; clocks=<&clkc?15>,<&clkc?15>,<&clkc?15>; spi0_dev_0@0{ compatible="spidev"; reg=<0>; spi-max-frequency=<500000>; #address-cells=<1>; #size-cells=<1>; }; spi0_dev_1@1{ compatible="spidev"; reg=<1>; spi-max-frequency=<500000>; #address-cells=<1>; #size-cells=<1>; }; spi0_dev_2@2{ compatible="spidev"; reg=<2>; spi-max-frequency=<500000>; #address-cells=<1>; #size-cells=<1>; }; spi0_dev_3@3{ compatible="spidev"; reg=<3>; spi-max-frequency=<500000>; #address-cells=<1>; #size-cells=<1>; }; }; &axi_quad_spi_1{ status="okay"; clock-names="axi_clk","axi4_clk","spi_clk"; clocks=<&clkc?15>,<&clkc?15>,<&clkc?15>; spi1_dev_0@0{ compatible="spidev"; reg=<0>; spi-max-frequency=<500000>; #address-cells=<1>; #size-cells=<1>; }; spi1_dev_1@1{ compatible="spidev"; reg=<1>; spi-max-frequency=<500000>; #address-cells=<1>; #size-cells=<1>; }; };

這里直接使用內(nèi)置spidev兼容從設(shè)備驅(qū)動(dòng)，當(dāng)然如果需要自己定義一個(gè)SPI設(shè)備驅(qū)動(dòng)也是非常容易的，但是對(duì)于大部分普通的SPI從芯片而言直接使用spidev設(shè)備驅(qū)動(dòng)即可，只需要在讀寫時(shí)按照芯片手冊(cè)協(xié)議進(jìn)行訪問即可。

配置內(nèi)核

運(yùn)行下面命令進(jìn)行內(nèi)核配置：

petalinux-config-ckernel

內(nèi)核配置

對(duì)于本應(yīng)用而言，需要配置SPI驅(qū)動(dòng)：

DeviceDrivers---> +-SPIsupport--->

配置如下：

SPI控制器及設(shè)備驅(qū)動(dòng)配置

這里調(diào)試中遇到一個(gè)奇怪的問題,CONFIG_SUSPEND需要禁止，否則控制器驅(qū)動(dòng)加載不成功，目前還沒有深入研究為什么不成功，猜想可能是主控制器驅(qū)動(dòng)關(guān)于SUSPEND功能還不支持或者有bug，如果有哪位大神知道怎么解決請(qǐng)求留言指點(diǎn)。

Powermanagementoptions---> SuspendtoRAMandstandby

功能管理配置

退出并保存配置，然后運(yùn)行下面命令編譯系統(tǒng)：

petalinux-build

等待編譯成功后，運(yùn)行下面命令將bitstream文件包進(jìn)BOOT.bin中。

petalipackage--boot--fsbl./images/linux/zynq_fsbl.elf--fpga../base.sdk/design_1_wrapper.bit--u-boot--force

將得到下面的輸出信息，表示操作成功：

INFO:FileinBOOTBIN:"/home/zynq/ALINX/spi_ip/ax_peta/images/linux/zynq_fsbl.elf" INFO:FileinBOOTBIN:"/home/zynq/ALINX/spi_ip/base.sdk/design_1_wrapper.bit" INFO:FileinBOOTBIN:"/home/zynq/ALINX/spi_ip/ax_peta/images/linux/u-boot.elf" INFO:GeneratingzynqbinarypackageBOOT.BIN... INFO:Binaryisready. WARNING:UnabletoaccesstheTFTPBOOTfolder/tftpboot!!! WARNING:SkipfilecopytoTFTPBOOTfolder!!!

注：/home/zynq/ALINX/spi_ip/ax_peta 是本文工程的目錄

測(cè)試SPI從設(shè)備

編寫驅(qū)動(dòng)測(cè)試程序，代碼如下：

#include #include #include #include intmain(intargc,char**argv) { intfd; intlen; unsignedcharbuf[10]; unsignedchartmp; /*驗(yàn)證輸入?yún)?shù)個(gè)數(shù)*/ if(3!=argc) { printf("nonepara "); return-1; } /*打開輸入的設(shè)備文件,獲取文件句柄*/ fd=open(argv[1],O_RDWR); if(fd='0'&&argv[2][i]<='9') ????????{ ????????????tmp?=?argv[2][i]?-?'0'; ????????} ????????else?if(argv[2][i]>='a'&&argv[2][i]<='f') ????????{ ????????????tmp?=?argv[2][i]?-?'a'+10; ????????} ????????else?if(argv[2][i]>='A'&&argv[2][i]<='F') ????????{ ????????????tmp?=?argv[2][i]?-?'A'+10; ????????} ????????else ????????{ ????????????printf("Invalid?input?parameters? "); ????????????return?-1; ????????} ????????if(i%2==0) ???????????buf[j]?=?tmp<<4; ????????else ????????{ ????????????buf[j]?+=?tmp; ????????????j++; ????????} ????} ????len?=?j; ????printf("Test?wr:"); ????for(i=0;i

編譯：arm-linux-gnueabihf-gcctest.c-otest

將編譯所得的BOOT.BIN以及image.ub文件拷貝至制作好的SD的BOOT區(qū)，test文件拷貝至/home下。然后插上SD卡上電運(yùn)行電路板：

登錄控制臺(tái)后，運(yùn)行l(wèi)s /dev查看spidev設(shè)備是否加載成功：

spidev設(shè)備掛載情況

可見spedev1.0、spidev1.1以及spidev2.0--spidev2.3加載成功，與預(yù)期一樣。

然后運(yùn)行測(cè)試程序：

root@ax_peta:/run/media/mmcblk0p2/home#./test/dev/spidev1.078aa Testwr:78aa

用示波器或者邏輯分析儀觀察對(duì)應(yīng)引腳，將出現(xiàn)正確的SPI通信波形。

總結(jié)一下

至此，就基本實(shí)現(xiàn)了從PS端Linux用戶空間訪問PL端的SPI從設(shè)備了。當(dāng)然實(shí)際項(xiàng)目中還有很多細(xì)節(jié)需要進(jìn)一步研究：

CPOL/CPHA 組合四種模式設(shè)置

SPI通信速率設(shè)置

從設(shè)備應(yīng)用協(xié)議程序編寫

AXI Quad SPI FIFO特性的深入應(yīng)用

AXI Quad SPI 其他模式及細(xì)節(jié)研究等

對(duì)于這些更細(xì)節(jié)的內(nèi)容，相信在將基本框架搭建成功后，只要深入細(xì)致研究都不會(huì)有太大的難度。從本文可看出，ZYNQ之所以如此靈活好用，是其廠家或者第三方提供了大量成熟可供使用的IP以及配套的驅(qū)動(dòng)程序。如有興趣嘗試用來開發(fā)項(xiàng)目，相信你會(huì)很快喜歡上這個(gè)體系的芯片，真的可以做到片上即可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)這一目標(biāo)！

編輯：jq