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基于Smart ZYNQ (SP/SP2/SL 版) 的PS实验十二 ZYNQ PS 端的双核AMP实验

众所周知，ZYNQ 中包含了双核A9，本节我们就尝试在两个CPU上跑完全独立相互没有交集的程序。并最终把程序下载到FLASH中启动。

  • 此章节内容适用于Smart ZYNQ SP SP2和 SL 版的板子 ( 不包含Smart ZYNQ 标准版 )，如是标准版或本站其他板子请看对应板子目录
  • 本文在 vivado2018.3版本上演示

这里我们在程序上添加两个EMIO的LED 灯，每个LED灯都由ZYNQ中两个CPU的其中一个独立进行控制，通过观察灯的闪烁就能推算对应的CPU是否在进行工作。 程序比较简单，以下是完整的过程。

一、工程创建

工程创建的过程可以参考实验一中的内容，这里不详细描述了。基于Smart ZYNQ (SP/SP2/SL 版) 的PS实验一 GPIO之用EMIO方式点亮LED（完整图文） (芯片型号选XC7Z020CLG484-1)

二、Vivado 中的设置

1）在BLOCK DESIGN 中搜索并添加一个ZYNQ模块

2）在ZYNQ 设置界面，设置 DDR MT41K256M16RE-125的型号 和位宽16bit

3）增加两路EMIO 用来驱动LED用

4） 因为工程暂时用不到 AXI功能，所以可以先禁用AXI功能

5）点击“Run Block Automation”如下图所示。在弹出的选项中保持默认，点击“OK”，即可完成对ZYNQ7 Processing System的配置

6）将刚才添加EMIO GPIO 引出 右键GPIO_0—->Make External

7）source→Design Source ，右键我们创建的BLOCK工程，点击create HDL wrapper如下图所示。

在弹出的对话框里保持默认

软件自动为我们生成HDL文件

三、添加管脚约束，并对工程进行编译和综合

1) 点击绿色箭头RUN 对代码进行编译

2) 完成后点击RTL 中的SCHEMATIC , 并选择右边出现的 IO Ports 来增加 EMIO部分的管脚定义(这一步也可以在约束文件中定义, 可看之前的例子)

将2个EMIO的GPIO 分别接P20 P21（保存的时候会让你给约束文件命名，自行定义就好）

3) 生成bit文件 :按下Generate Bitstream 完成综合以及生成bit文件，等待弹出综合完成的窗口

四、SDK部分工程创建

1）File→Export→Export hardware…，在弹出的对话框中勾选“include bitstream”，点击“OK”确认，如下图所示。

2）File→Lauch SDK，在弹出的对话框中，保存默认，点击“OK”，如下图所示。

系统将自动打开SDK开发环境

五、接下去我们要接连创建两个CPU工程

1）新建第一个CPU0的工程 file→new→Application Project，来新建一个“Application Project”，如下图所示。

2）在新建工程名中输入CPU0, 这里一定要选择 PS7_Cortexa9_0

3）选择空工程，点击完成FINISH

4) 在CPU0工程中添加main.c文件 src—>New—>Source File 如下图所示

5）在弹出的窗口中填入main.c 并且保存

6）打开刚才创建的main.c 在其中编写CPU0的代码 ，这里LED1对应 54脚，即EMIO的GPIO0 ,也就是对应LED1。

#include "xparameters.h"
#include "xgpiops.h"
#include "xstatus.h"
#include "xplatform_info.h"
#include "sleep.h"

#define LED1    	54

#define GPIO_DEVICE_ID  	XPAR_XGPIOPS_0_DEVICE_ID
XGpioPs Gpio;

void Gpio_Init(void){
	XGpioPs_Config *ConfigPtr;

	ConfigPtr = XGpioPs_LookupConfig(GPIO_DEVICE_ID);
	XGpioPs_CfgInitialize(&Gpio, ConfigPtr,ConfigPtr->BaseAddr);

	XGpioPs_SetDirectionPin(&Gpio, LED1, 1);
	XGpioPs_SetOutputEnablePin(&Gpio, LED1, 1);
	XGpioPs_WritePin(&Gpio, LED1, 0);
}

int main(void)
{
	Gpio_Init();
	while(1){
		XGpioPs_WritePin(&Gpio, LED1, 0);
		sleep(1);
		XGpioPs_WritePin(&Gpio, LED1, 1);
		sleep(1);
	};

	return 0;
}

7）分配CPU0的DDR地址： 打开CPU0工程中的lscript.ld文件，将右侧的Size 改成0XFF00000(也就是255MB的DDR空间大小，相当于512MB的一半)，之后按下键盘上的ctrl+s进行保存（也可以按SDK软件的保存键进行保存）

8） 再用同样的方式创建第二个CPU工程， file→new→Application Project，来新建一个“Application Project”， 在新建工程名中输入CPU1, 这里一定要选择 PS7_Cortexa9_1（这里和之前CPU0有区别）

9) 用同样的方式在CPU1工程中添加main.c文件 src—>New—>Source File

10)也在刚刚弹出的窗口中填入main.c 并且保存

11）打同样开刚才创建的main.c 在其中编写CPU1的代码 ，这里LED2对应 55脚，即EMIO的GPIO1 ,也就是对应LED2。

#include "xparameters.h"
#include "xgpiops.h"
#include "xstatus.h"
#include "xplatform_info.h"
#include "sleep.h"

#define LED2    	55

#define GPIO_DEVICE_ID  	XPAR_XGPIOPS_0_DEVICE_ID
XGpioPs Gpio;

void Gpio_Init(void){
	XGpioPs_Config *ConfigPtr;

	ConfigPtr = XGpioPs_LookupConfig(GPIO_DEVICE_ID);
	XGpioPs_CfgInitialize(&Gpio, ConfigPtr,ConfigPtr->BaseAddr);

	XGpioPs_SetDirectionPin(&Gpio, LED2, 1);
	XGpioPs_SetOutputEnablePin(&Gpio, LED2, 1);
	XGpioPs_WritePin(&Gpio, LED2, 0);
}

int main(void)
{
	Gpio_Init();
	while(1){
		XGpioPs_WritePin(&Gpio, LED2, 0);
		sleep(2);
		XGpioPs_WritePin(&Gpio, LED2, 1);
		sleep(2);
	};

	return 0;
}

对比我们刚才创建的两个CPU的程序 ,可以看到两者的程序几乎相同，CPU0控制着LED1的闪烁，闪烁间隔是1S钟（sleep（1）），CPU1控制着LED2的闪烁，闪烁间隔是2S钟 （CPU0和CPU1的闪烁频率是不同的）。

/////////////////CPU0//////////
while(1){
	XGpioPs_WritePin(&Gpio, LED1, 0);
	sleep(1);
	XGpioPs_WritePin(&Gpio, LED1, 1);
	sleep(1);
};

/////////////////CPU1//////////
while(1){
	XGpioPs_WritePin(&Gpio, LED2, 0);
	sleep(2);
	XGpioPs_WritePin(&Gpio, LED2, 1);
	sleep(2);
};

12）用同样的方式为CPU1分配DDR地址： 打开CPU1工程中的lscript.ld文件，将右侧的Size 改成0XFF00000(也就是255MB的DDR空间大小，相当于512MB的一半)，这里还要将左侧的基地址修改成0x10000000（这里和之前不一样，要确保CPU1和CPU0的DDR地址不重叠）之后按下键盘上的ctrl+s进行保存（也可以按SDK软件的保存键进行保存）

13）右键 CPU1_bsp ，选择Board Support Package Settings,在extra_compiler_flags 的value 栏末尾加 -DUSE_AMP=1（和前面的要有空格），之后点选OK确认

 -DUSE_AMP=1

经过查找资料知道，因为CPU0和CPU1使用相同的BSP，增加 -DUSE_AMP=1 的作用是为了让CPU1运行的时候不再重复对CPU0和CPU1共同使用的资源进行初始化（例如L2 缓存，和全局时钟）。

六 、通过JTAG进行DEBUG

1 ）打开 Run->Run Configurations

2）在弹出的窗口中双击Xilinx C/C++application（System Debug）对下载的选项进行设置

3）在System Debugger on Local 的 Target Setup 中，勾选Reset entire system 和 Program FPGA选项（这样每次debug都会自动重载FPGA部分的bit，以及重新初始化整个系统）

4） 在Application 下勾选CPU0 和 CPU1 两个Project（备注 如果Debug/CPU0.elf 或者CPU1.elf没有出现，请提前先对工程进行编译）

5）之后点 Apply，和RUN ，没问题的话 两个LED灯都开始 按不同频率进行闪烁了。证明我们的两个CPU都正常的在运行各自不同的程序了。

七、双核AMP程序 FLASH固化

1）上文中的内容是通过JTAG DEBUG的方式进行，两个CPU可以独立正常工作，但是如果我们要从FLASH 或者SD卡进行上电启动操作，上面的此程序就行不通了，因为系统默认只会启动CPU0， 我们需要在CPU0中加入启动CPU1的代码，这样CPU1也可以正常启动了。

启动代码如下：

#define CPU1_START_MEM  	0x10000000
#define sev() __asm__("sev")

void Start_Cpu1(){
	Xil_Out32(0XFFFFFFF0, CPU1_START_MEM);
	dmb();
	sev();
}

其中Xil_Out32在这里的作用是将启动地址写入到0XFFFFFFF0中,0XFFFFFFF0这个寄存器地址是芯片固定的，CPU1_START_MEM是我们之前设置CPU1的lscript.ld中的DDR起始地址（基地址）0x10000000， 函数最后的sev()是唤醒CPU1的指令此图片的alt属性为空；文件名为image-11-1024x340.png

为了让两个CPU同时访问共享内存（OCM）的时候可以数据一致（这样两个CPU就可以相互进行数据的交互了，本节没有用到，如需核间通讯就需要用到），我们需要额外关闭了L1 Cache缓存，防止数据经过缓存后导致数据的不同步。关闭L1 Cache缓存的指令如下：

Xil_SetTlbAttributes(0xFFFF0000,0x14de2);

2）接下来，我们把启动代码添加到 CPU0的main.c中，修改后如下：

//www.hellofpga.com
#include "xparameters.h"
#include "xgpiops.h"
#include "xstatus.h"
#include "xplatform_info.h"
#include "sleep.h"
#include "Xil_mmu.h"



#define LED1    	54

#define GPIO_DEVICE_ID  	XPAR_XGPIOPS_0_DEVICE_ID
XGpioPs Gpio;

void Gpio_Init(void){
	XGpioPs_Config *ConfigPtr;

	ConfigPtr = XGpioPs_LookupConfig(GPIO_DEVICE_ID);
	XGpioPs_CfgInitialize(&Gpio, ConfigPtr,ConfigPtr->BaseAddr);

	XGpioPs_SetDirectionPin(&Gpio, LED1, 1);
	XGpioPs_SetOutputEnablePin(&Gpio, LED1, 1);
	XGpioPs_WritePin(&Gpio, LED1, 0);
}

#define CPU1_START_MEM  	0x10000000
#define sev() __asm__("sev")
void Start_Cpu1(){
	Xil_Out32(0XFFFFFFF0, CPU1_START_MEM);
	dmb();
	sev();
}

int main(void)
{
	Xil_SetTlbAttributes(0xFFFF0000,0x14de2);
	Start_Cpu1();
	Gpio_Init();
	while(1){
		XGpioPs_WritePin(&Gpio, LED1, 0);
		sleep(1);
		XGpioPs_WritePin(&Gpio, LED1, 1);
		sleep(1);
	};

	return 0;
}

如需要和CPU1进行数据交互，则CPU1也需要关闭L1 Cache缓存，也即增加Xil_SetTlbAttributes(0xFFFF0000,0x14de2);指令（这里用不到就不额外写了）

3) 之后对代码进行保存，并进行重新编译，Build ALL

4）创建FSBL:在SDK中新建工程如下 (FSBL负责启动加载用，之前章节有介绍)

设置工程名fsbl，点next选择FSBL模板

5）制作BOOT.bin用于固化到FLASH。

a) 先选中我们的APP工程目录，这里选择CPU1的目录( 不是FSBL 也不是BSP 和 platform) 如果一开始已经被选中了，请先用鼠标选择上下任意一个目录，再选择回APP目录，否则路径可能不自动加载

b) 点xilinx –>create boot image

在界面里分别设置 boot.bin的输出路径，以及生成boot.bin需要的三种文件的路径(这里有一个偷懒的方法，就是在点下Create Boot Image 之前先选中我们的APP工程)，如下图所示，如果没有出现三个文件的路径，请重试上一步。但是选中CPU0工程打开此目录的情况下系统自动添加的默认只有CPU0.elf, 所以这里我们还需要手动添加CPU1.elf文件，路径在SDK\CPU1\Debug\下 ， 添加后点create image生成镜像

6） 烧录 镜像：生成完boot.bin后，下一步将boot.bin 下载到QSPI flash 中点Program Flash

按上图操作 导入 boot镜像 文件，和fsbl.elf文件(需要自己导入路径)，将flash type 设置为 qspi-x4-sig ，然后将板子拨码开关调整到JTAG模式，并重新上电(或者按下POR RST键），之后再点击PROGRAM 开始下载(必须在JTAG模式下，拨码开关调整到JTAG 模式 并且重启板子或者按下POR RST键)

点击PROGRAM，待程序下载成功后，将跳线位置换回到QSPI上

重新上电(或者按下POR RST键）， 正常的话两个两个LED灯都开始 按不同频率进行闪烁了。证明我们的两个CPU都正常的在运行各自不同的程序了(CPU0通过指令成功启动了CPU1)。

如果下载过程中出现下图所示，说明系统上电时没有正常进入JTAG 调试模式，请进入JTAG模式后再尝试下载

  • 本文的完整工程下载：12_PS_AMP_TEST
  • VIVADO的版本：2018.3
  • 工程创建目录：E:\Smart_ZYNQ_SP_SL\SDK\12_PS_AMP_TEST
  • 工程适用主板: Smart ZYNQ (SP / SP2 / SL) （不适用于Smart ZYNQ 标准版 ）

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