之前的文章介紹了如何生成EBAZ4205礦板的u-boot和Linux內(nèi)核,使用的硬件只有改完SD卡啟動的EBAZ4205裸板,只能通過串口與板子通信彤守。這次嘗試啟動桌面并播放視頻(由于EBAZ4205沒有引出USB董习,仍然通過串口控制)。原板子是沒有顯示接口的让蕾,需要自己做一塊HDMI擴(kuò)展板浪规。
ZYNQ的FPGA部分使用的是Artix-7,網(wǎng)上有不少Artix-7輸出HDMI的教程探孝,大多使用Digilent DVI IP笋婿,F(xiàn)PGA部分可以通過這個IP直接輸出TMDS編碼的數(shù)據(jù),這樣就不用專用的RGB2HDMI的IC了顿颅。Digilent DVI IP將RGB888 1080P時序的并口數(shù)據(jù)編碼成10bit一組的串行數(shù)據(jù)輸出到pin上缸濒,1080P的像素時鐘是148.5Mhz,F(xiàn)PGA內(nèi)部最高時鐘是148.5的5倍粱腻,采用雙邊延輸出庇配。Digilent DVI IP不支持將音頻編碼進(jìn)TMDS流,想要輸出音頻必須在FPGA上搭建I2S IP绍些,或者使用PDM的方式輸出捞慌。
EBAZEXT-V2擴(kuò)展板
EBAZEXT-V2 KiCad 6.0工程托管在 GitHub,Elrori/EBAZ4205遵守GPL柬批。
古早之前就畫過一板VGA的擴(kuò)展板啸澡,后來沒測過。VGA接口已過時氮帐,因此畫了一板HDMI嗅虏。板子中DDC/I2C部分不使用,可能有設(shè)計上的bug上沐。沒有DDC接口皮服,Linux將獲取不到顯示器分辨率,可以設(shè)置設(shè)備樹讓VDMA強(qiáng)制輸出1920x1080P60的畫面参咙。
接口資源:
- USB-C供電龄广,EBAZ4205不用再接電源
- CMOS/GPIO 接ov攝像頭或通用IO
- 1.3寸LCD/GPIO 接SPI屏幕(1.3寸 240x240 SPI st7789方案)
- USB轉(zhuǎn)串口
- HDMI-A 1080P60
- PDM音頻輸出
- 按鍵x2、LEDx2
這次測試只用到了HDMI接口昂勒。
VIVADO 2019.1硬件搭建
為了輸出畫面蜀细,F(xiàn)PGA部分要將圖像數(shù)據(jù)從DDR搬運到DVI IP,該工作由XILINX VDMA完成戈盈。XILINX VDMA輸入AXI4-MM奠衔,輸出AXI4-Stream接口數(shù)據(jù),需要XILINX AXI4S-VID-OUT IP轉(zhuǎn)換為視頻時序塘娶。時序由XILINX VTC產(chǎn)生归斤。整個硬件架構(gòu)參考原子《領(lǐng)航者 ZYNQ 之嵌入式 SDK開發(fā)指南 V1.3》中的第20章,硬件搭完后必須先裸機(jī)測試下SD卡的圖片能不能顯示刁岸≡嗬铮可以直接復(fù)制原子的設(shè)計,但要修改內(nèi)存大小虹曙、增加concat_2和中斷迫横、增加MII接口和4bit concat番舆。硬件架構(gòu)下圖。圖中以太網(wǎng)使用的是GMII接口矾踱,125MHz x 8bit恨狈。4205板子使用MII的PHY芯片,GMII兼容MII呛讲,當(dāng)GMII工作在25MHz x 4bit時就是MII(高4位不用)禾怠。PHY芯片自動偵測鏈路速率,給FPGA 25MHz或2.5MHz時鐘贝搁。25MHz x 4bit=100Mbps吗氏,考慮到96clk幀間隔和包頭,實際速率大約90幾雷逆。
圖中的中斷concat_2必須接上弦讽,否則petalinux報錯。綜合編譯導(dǎo)出硬件設(shè)計后產(chǎn)生以下文件備用:
to_pl.bit
fsbl.elf
xxx.hdf (實際上xxx.hdf文件就足以可以產(chǎn)生fsbl.elf 和to_pl.bit了关面,petalinux-build之后就有了)
在ubuntu16.04環(huán)境編譯 u-boot & Linux
以下過程參考自CSDN文章
全部采用18.3版本坦袍。也可以用最新版本,但版本必須一致等太。如果選擇petalinux19.1之后版本,建議直接在ubuntu安裝 Vitis
下載:
去XILINX官網(wǎng)下載 petalinux-v2018.3-final-installer.run
https://github.com/Xilinx/linux-xlnx/releases/tag/xlnx_rebase_v4.14_2018.3
https://github.com/Xilinx/u-boot-xlnx/releases/tag/xilinx-v2018.3
https://github.com/Digilent/linux-digilent/blob/master/drivers/clk/clk-dglnt-dynclk.c
https://github.com/Digilent/linux-digilent/blob/master/drivers/gpu/drm/xilinx/digilent_encoder.c
執(zhí)行過程:
# 安裝petalinux
petalinux-v2018.3-final-installer.run ./petalinux
unzip u-boot和linux壓縮包到當(dāng)前目錄
# 載入petalinux環(huán)境
source ./petalinux/settings.sh
# 建立petalinux工程
petalinux-create --type project --template zynq --name proj
# 拷貝vivado export hardware 中生成的 hdf文件到當(dāng)前目錄
cp x.hdf ./
# 配置hdf到petalinux工程
cd proj
petalinux-config --get-hw-description=../
# 出現(xiàn)選擇框(我們選擇外部linux源碼編譯工程蛮放,因為我們需要在Linux中添加內(nèi)核模塊缩抡,兩個.c文件)
1. Image Packaging Configuration -> Root filesystem type 選項中選擇 SD card
2. Linux Components Selection -> linux-kernel選擇ext-local-src。新增的External linux-kernel local source settings選項內(nèi)填入你的剛解壓linux源碼完整路徑 保存退出包颁。
# 進(jìn)入之前解壓后的xilinx linux目錄
cd ../linux-xlnx-xlnx_rebase_v4.14_2018.3
#------------------------------------------------------------------------------------------
# 增加內(nèi)核驅(qū)動
# 打開
vi ./drivers/clk/Kconfig
# 加入以下內(nèi)容:
config COMMON_CLK_DGLNT_DYNCLK
tristate "Digilent axi_dynclk Driver"
depends on ARCH_ZYNQ || MICROBLAZE
help
---help---
Support for the Digilent AXI Dynamic Clock core for Xilinx
FPGAs.
# 打開
vi ./drivers/clk/Makefile
# 加入以下內(nèi)容:
obj-$(CONFIG_COMMON_CLK_DGLNT_DYNCLK) += clk-dglnt-dynclk.o
# 打開
vi ./drivers/gpu/drm/xilinx/Kconfig
# 加入以下內(nèi)容:
config DRM_DIGILENT_ENCODER
tristate "Digilent VGA/HDMI DRM Encoder Driver"
depends on DRM_XILINX
help
DRM slave encoder for Video-out on Digilent boards.
# 打開
vi ./drivers/gpu/drm/xilinx/Makefile
# 加入以下內(nèi)容:
obj-$(CONFIG_DRM_DIGILENT_ENCODER) += digilent_encoder.o
# 加入剛下載的.c文件
cp clk-dglnt-dynclk.c ./drivers/clk/
cp digilent_encoder.c ./drivers/gpu/drm/xilinx/
cd ../proj
# 配置linux內(nèi)核
petalinux-config -c kernel
1. 在 Device Drivers -> Graphics support瞻想,選擇 Digilent VGA/HDMI DRM Encoder Driver 按 y
2. 在 Device Drivers -> Common Clock Framework 選項中選擇 Digilent axi_dynclk Driver 按 y
3. 保存退出,要修改默認(rèn)的保存文件名
#------------------------------------------------------------------------------------------
以上過程就是在Linux中增加新內(nèi)核模塊/驅(qū)動的方法娩嚼,這個是編譯進(jìn)內(nèi)核而不是編譯成.ko驅(qū)動文件蘑险。可以參考原子《領(lǐng)航者 ZYNQ 之嵌入式Linux 開發(fā)指南 V1.5.2》第四篇驅(qū)動開發(fā)岳悟,講的很詳細(xì)佃迄。
- 在對應(yīng)目錄加入.c文件
- 修改對應(yīng)目錄內(nèi)的Makefile、Kconfig贵少。使之出現(xiàn)在make menuconfig菜單中
# 進(jìn)入petalinux工程編輯設(shè)備樹
vi project-spec/meta-user/recipes-bsp/device-tree/files/system-user.dtsi
【EBAZ4205+EBAZEXTV2】的設(shè)備樹內(nèi)容如下(EBAZEXTV2的LED/KEY外設(shè)未添加)呵俏。這東西在build之前看不到system-conf.dtsi的內(nèi)容,否則就可以不依賴petalinux了滔灶。
筆者不清楚pinctrl0部分的作用普碎,一般而言,在fsbl配置好FPGA后录平,MIO的多路選擇器已經(jīng)選到正確的引腳麻车,自帶的pinctrl驅(qū)動看似是多余的缀皱。ebaz-4205設(shè)備樹已經(jīng)出現(xiàn)在最新Linux內(nèi)核中,該設(shè)備樹可能是假定你沒有使用fsbl時編寫的动猬,比較完備啤斗。
以下內(nèi)容部分參考Linux內(nèi)核中的設(shè)備樹。與顯示相關(guān)的是最后三個端點枣察。
/include/ "system-conf.dtsi"
/ {
model = "EBAZ4205 board";
compatible = "xlnx,zynq-EBAZ4205", "xlnx,zynq-7000";
aliases {
ethernet0 = &gem0;
serial0 = &uart1;
mmc0 = &sdhci0;
};
memory@0 {
device_type = "memory";
reg = <0x0 0x10000000>;
};
chosen {
bootargs = "";
stdout-path = "serial0:115200n8";
};
ebaz-keys {
compatible = "gpio-keys";
autorepeat;
s2 {
label = "s2";
gpios = <&gpio0 20 0>;
/*KEY_POWER*/
linux,code = <116>;
wakeup-source;
autorepeat;
};
s3 {
label = "s3";
gpios = <&gpio0 32 0>;
/*KEY_HOME*/
linux,code = <102>;
wakeup-source;
autorepeat;
};
};
ebaz-leds {
compatible = "gpio-leds";
led-green {
label = "green";
gpios = <&gpio0 54 1>;
default-state = "on";
};
led-red {
label = "red";
gpios = <&gpio0 55 1>;
default-state = "on";
};
};
};
&clkc {
ps-clk-frequency = <33333333>;
};
&gem0 {
status = "okay";
phy-mode = "mii";
phy-handle = <&phy>;
/* PHY clock */
assigned-clocks = <&clkc 18>;
assigned-clock-rates = <25000000>;
phy: ethernet-phy@0 {
reg = <0>;
};
};
&smcc {
status = "okay";
};
/**/
&nand0 {
status = "okay";
pinctrl-names = "default";
pinctrl-0 = <&pinctrl_nand0_default>;
partition@0 {
label = "nand-fsbl-uboot";
reg = <0x0 0x8000000>;
};
};
&pinctrl0 {
pinctrl_nand0_default: nand0-default {
mux {
groups = "smc0_nand8_grp";
function = "smc0_nand";
};
conf {
groups = "smc0_nand8_grp";
bias-pull-up;
};
};
pinctrl_uart1_default: uart1-default {
mux {
groups = "uart1_4_grp";
function = "uart1";
};
conf {
groups = "uart1_4_grp";
slew-rate = <0>;
io-standard = <3>;
};
};
};
&sdhci0 {
u-boot,dm-pre-reloc;
status = "okay";
};
&uart1 {
u-boot,dm-pre-reloc;
status = "okay";
pinctrl-names = "default";
pinctrl-0 = <&pinctrl_uart1_default>;
};
&amba_pl {
hdmi_encoder_0:hdmi_encoder {
compatible = "digilent,drm-encoder";
//digilent,edid-i2c = <&i2c0>;//我沒有使用DDC/I2C接口因此把這段注釋争占,強(qiáng)制使用以下分辨率
digilent,hpref = <1920>;
digilent,vpref = <1080>;
};
xilinx_drm {
compatible = "xlnx,drm";
xlnx,vtc = <&v_tc_0>;
xlnx,connector-type = "HDMIA";
xlnx,encoder-slave = <&hdmi_encoder_0>;
clocks = <&axi_dynclk_0>;
dglnt,edid-i2c = <&i2c0>;
planes {
xlnx,pixel-format = "rgb888";
plane0 {
dmas = <&axi_vdma_0 0>;
dma-names = "dma";
};
};
};
};
&axi_dynclk_0 {
compatible = "digilent,axi-dynclk";
#clock-cells = <0>;
clocks = <&clkc 15>;
};
&v_tc_0 {
compatible = "xlnx,v-tc-5.01.a";
};
執(zhí)行:
petalinux-build
# 由zimage產(chǎn)生uImage:
petalinux-package --image -c kernel --format uImage
# 將設(shè)備樹名字改為devicetree.dtb
mv xxxx.dtb devicetree.dtb
# 如果更改了設(shè)備樹dts,不用再petalinux-build 序目,編譯設(shè)備樹:
petalinux-build -b device-tree
產(chǎn)生uboot臂痕、內(nèi)核(uImage)、根文件系統(tǒng)猿涨、設(shè)備樹(devicetree.dtb)握童、zynq_fsbl.elf、xx.bit叛赚。這里只用設(shè)備樹(devicetree.dtb)和內(nèi)核(uImage):
uImage
devicetree.dtb
petalinux-build默認(rèn)會產(chǎn)生image.ub和zImage鏡像澡绩。image.ub是由zImage .dtb .cpio.gz 構(gòu)成。.cpio.gz 是內(nèi)存盤俺附。我習(xí)慣用uboot的bootm啟動uImage和加載設(shè)備樹肥卡,所以將zImage轉(zhuǎn)成uImage。用bootz啟動zImage也可以事镣。
內(nèi)存中的存放地址如下:
- 0x0 devicetree_image
- 0x8000 kernel_image
- 0x1000000 ramdisk_image 如果使用內(nèi)存盤就放到這個位置步鉴,本文使用SD卡上的ext4根目錄,所以沒用到
進(jìn)入u-boot源碼璃哟。參考之前文章(EBAZ4205 ZYNQ 7Z010 u-boot & Linux 生成方法記錄)的4氛琢、5、6随闪、7阳似、8、9铐伴、10步生成 BOOT.bin和devicetree.dtb撮奏,注意第10步使用的是新的硬件bit和fsbl.elf(這兩個文件可以從vivado&XILINX SDK生成也可以直接用上面petalinux-build產(chǎn)生的)。注意這里u-boot產(chǎn)生的devicetree.dtb是不需要的盛杰,用petalinux-build產(chǎn)生的挽荡。
參照之前文章第12步編寫uEnv.txt。
BOOT.bin
uEnv.txt
將BOOT.bin uEnv.txt uImage devicetree.dtb放入SD卡fat32分區(qū)即供,分區(qū)大小設(shè)置為100M左右定拟。大部分進(jìn)入U-BOOT但啟動不了Linux的原因是U-BOOT的bootcmd變量設(shè)置不對。在運行bootcmd變量之前,U-BOOT會載入uEnv.txt內(nèi)的環(huán)境變量青自,可以在環(huán)境變量內(nèi)做一些操作跳過自動bootcmd株依。在uEnv.txt內(nèi)修改bootcmd或者加入類似于uenvcmd=run bootm...的命令來指定啟動過程。
根文件系統(tǒng)
可以直接使用的根文件系統(tǒng):linaro-precise-ubuntu-desktop-20120723305.tar.gz(https://releases.linaro.org/archive/12.07/ubuntu/precise-images/ubuntu-desktop/)
建議在命令行解壓到SD卡ext4分區(qū):
sudo tar --strip-components=3 -C /media/xxx/rootfs -xzpf linaro-precise-ubuntu-desktop-20120723-305.tar.gz binary/boot/filesystem.dir
分區(qū)工具用ubuntu自帶的圖形disk工具或者用 DiskGenius
啟動
啟動后在ebaz4205的自帶串口登錄延窜,執(zhí)行一些必要的修改:
vi /etc/apt/sources.list
# 源改為以下內(nèi)容
deb http://mirrors.ustc.edu.cn/ubuntu-old-releases/ubuntu/ precise main universe
deb-src http://mirrors.ustc.edu.cn/ubuntu-old-releases/ubuntu/ precise main universe
deb http://mirrors.ustc.edu.cn/ubuntu-old-releases/ubuntu/ precise-security main universe
deb-src http://mirrors.ustc.edu.cn/ubuntu-old-releases/ubuntu/ precise-security main universe
deb http://mirrors.ustc.edu.cn/ubuntu-old-releases/ubuntu/ precise-updates main universe
deb-src http://mirrors.ustc.edu.cn/ubuntu-old-releases/ubuntu/ precise-updates main universe
# 安裝
apt-get update
apt-get install openssh-server mplayer fbi jfbterm
該Linux內(nèi)核已經(jīng)支持HDMI上的 FrameBuffer 所有對顯存的操作都是針對/dev/fb0文件的恋腕。FrameBuffer學(xué)習(xí)參考
http://bbs.chinaunix.net/thread-1932291-1-1.html
https://zhouyuqian.com/2020/05/11/ZYNQ-%E7%A7%BB%E6%A4%8D-Linux-Frame-Buffer/
https://blog.yangl1996.com/post/ba-tu-pian-zhi-jie-xie-ru-framebuffer/
framebuffer的c語言操作一般是這樣的:
// 完整的程序參見附錄,該程序引用自原子《領(lǐng)航者 ZYNQ 之嵌入式Linux 開發(fā)指南 V1.5.2》逆瑞。
fd = open("/dev/fb0", O_RDWR);
/* 獲取framebuffer設(shè)備的參數(shù)信息 */
ioctl(fd, FBIOGET_VSCREENINFO, &fb_var);
ioctl(fd, FBIOGET_FSCREENINFO, &fb_fix);
screensize = fb_var.yres * fb_fix.line_length;
// 用戶內(nèi)存到內(nèi)核地址的映射
// 如果不做映射荠藤,就相當(dāng)于讀寫文件,讀寫文件函數(shù)會進(jìn)入內(nèi)核態(tài)運行获高,將數(shù)據(jù)拷貝到用戶內(nèi)存哈肖。多一次拷貝。
// mmap在八股文中經(jīng)常出現(xiàn)念秧,總算是碰到實際應(yīng)用了
base = (unsigned char *)mmap(NULL, screensize, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd, 0);
memset(base, 0x00, screensize); // 顯存清零
打開桌面:
# lightdm上電初期存在順序bug淤井,顯示不正常,需要先關(guān)閉lightdm上電啟動摊趾。
echo "manual" | sudo tee -a /etc/init/lightdm.override
kill -9 <lightdm的pid>
# 重新啟動lightdm桌面
startx &
嘗試播放視頻
一币狠、圖片文件與pdf文件瀏覽:
fbi -T 1 1.JPG
fbgs -c 1.pdf
二、視頻播放砾层,可以用mplayer:
mplayer -lavdopts threads=2 -vo fbdev:/dev/fb0 -nosound /root/Videos/1080p1.mp4
-vo fbdev:/dev/fb0 指定framebuffer文件漩绵。
當(dāng)采用兩個線程時,幀數(shù)少許提高肛炮,cpu占用率為90%渐行。幀數(shù)仍然很低。但是铸董,能放1080P視頻已經(jīng)是意料之外了。
三肴沫、中文顯示(HDMI屏幕顯示終端粟害,串口輸入按鍵):
jfbterm
以上備忘
有些地方仍有不足,實際復(fù)現(xiàn)時可能會遇到其他困難颤芬,如有疑問歡迎討論學(xué)習(xí)
附錄
/***************************************************************
Copyright ? ALIENTEK Co., Ltd. 1998-2029. All rights reserved.
文件名 : lcdTest.c
作者 : 鄧濤
版本 : V1.0
描述 : LCD應(yīng)用層測試程序
其他 : 無
論壇 : www.openedv.com
日志 : 初版V1.0 2020/7/23 鄧濤創(chuàng)建
***************************************************************/
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/ioctl.h>
#include <linux/fb.h>
#include <sys/mman.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>
static void display_demo_1 (unsigned char *frame, unsigned int width, unsigned int height, unsigned int stride)
{
unsigned int xcoi, ycoi;
unsigned char wRed, wBlue, wGreen;
unsigned int iPixelAddr = 0;
for(ycoi = 0; ycoi < height; ycoi++) {
for(xcoi = 0; xcoi < (width * 3); xcoi += 3) {
if (((xcoi / 4) & 0x20) ^ (ycoi & 0x20)) {
wRed = 255;
wGreen = 255;
wBlue = 255;
} else {
wRed = 0;
wGreen = 0;
wBlue = 0;
}
frame[xcoi + iPixelAddr + 0] = wRed;
frame[xcoi + iPixelAddr + 1] = wGreen;
frame[xcoi + iPixelAddr + 2] = wBlue;
}
iPixelAddr += stride;
}
}
static void display_demo_2 (unsigned char *frame, unsigned int width, unsigned int height, unsigned int stride)
{
unsigned int xcoi, ycoi;
unsigned int iPixelAddr = 0;
unsigned char wRed, wBlue, wGreen;
unsigned int xInt;
xInt = width * 3 / 8;
for(ycoi = 0; ycoi < height; ycoi++) {
for(xcoi = 0; xcoi < (width*3); xcoi+=3) {
if (xcoi < xInt) { //White color
wRed = 255;
wGreen = 255;
wBlue = 255;
}
else if ((xcoi >= xInt) && (xcoi < xInt*2)) { //YELLOW color
wRed = 255;
wGreen = 255;
wBlue = 0;
}
else if ((xcoi >= xInt * 2) && (xcoi < xInt * 3)) { //CYAN color
wRed = 0;
wGreen = 255;
wBlue = 255;
}
else if ((xcoi >= xInt * 3) && (xcoi < xInt * 4)) { //GREEN color
wRed = 0;
wGreen = 255;
wBlue = 0;
}
else if ((xcoi >= xInt * 4) && (xcoi < xInt * 5)) { //MAGENTA color
wRed = 255;
wGreen = 0;
wBlue = 255;
}
else if ((xcoi >= xInt * 5) && (xcoi < xInt * 6)) { //RED color
wRed = 255;
wGreen = 0;
wBlue = 0;
}
else if ((xcoi >= xInt * 6) && (xcoi < xInt * 7)) { //BLUE color
wRed = 0;
wGreen = 0;
wBlue = 255;
}
else { //BLACK color
wRed = 0;
wGreen = 0;
wBlue = 0;
}
frame[xcoi+iPixelAddr + 0] = wRed;
frame[xcoi+iPixelAddr + 1] = wGreen;
frame[xcoi+iPixelAddr + 2] = wBlue;
}
iPixelAddr += stride;
}
}
int main (int argc, char **argv)
{
struct fb_var_screeninfo fb_var = {0};
struct fb_fix_screeninfo fb_fix = {0};
unsigned int screensize;
unsigned char *base;
int fd;
/* 打開LCD */
fd = open("/dev/fb0", O_RDWR);
if (fd < 0) {
printf("Error: Failed to open /dev/fb0 device.\n");
return fd;
}
/* 獲取framebuffer設(shè)備的參數(shù)信息 */
ioctl(fd, FBIOGET_VSCREENINFO, &fb_var);
ioctl(fd, FBIOGET_FSCREENINFO, &fb_fix);
/* mmap映射 */
screensize = fb_var.yres * fb_fix.line_length;
base = (unsigned char *)mmap(NULL, screensize, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd, 0);
if ((unsigned char *)-1 == base) {
close(fd);
return -1;
}
memset(base, 0x00, screensize); // 顯存清零
/* 循環(huán)顯示不同顏色 */
for ( ; ; ) {
display_demo_1(base, fb_var.xres, fb_var.yres, fb_fix.line_length);
sleep(2);
display_demo_2(base, fb_var.xres, fb_var.yres, fb_fix.line_length);
sleep(2);
}
/* 關(guān)閉設(shè)備 釋放內(nèi)存 */
memset(base, 0x00, screensize);
munmap(base, screensize);
close(fd);
return 0;
}