HPS—虚拟地址映射

Posted 2022-04-28 fcfc940503

HPS 如何对FPGA外设进行操作？
hardware：在Qsys中将外设连接到AXI bridge上
software：映射外设物理地址到到应用程序可以操作的虚拟地址，应用程序通过得到的虚拟地址入口控制外设。

也就是说hps访问FPGA中的外设时，可以使用MPU来进行虚拟地址的分配

 

MPU将以有的外设分配一段地址，若HPS需要控制哪一个外设，只需要访问虚拟地址即可。
为什么要进行地址映射？
内存映射就是讲内核空间的一部分区域映射到用户空间，用户对这段内存空间的修改可以反映到内核空间。可以将内核空间的一段地址映射到多个进程，以实现线程间的内存通信。系统调用mmap()就是进行地址映射。mmap是将一个文件（linux下设备也被看做是文件）或其他对象映射进内存。munmap执行相反的操作，删除特定地址区域的对象映射。

采用共享内存进行通信的优点是效率高，直接读写内存不需要进行数据拷贝。
通常使用mmap有三种情况，1、提高I/O效率   2、匿名内存映射   3、共享内存进程通信。
mmap用于内存映射的一种方式是打开或创建一个文件，然后调用mmap().（另一种方式如下：进程A和进程B都将该页映射到自己的地址空间，当进程A第一次访问该页中的数据时产生一个缺页中断，内核此时读入这一页到内存并更新页表使之指向它，当进程B访问同一页发生缺页中断时，该页已经在内存中，内核只需要将进程B的页表登记项指向此页即可）

实际例软件程序可以直接从de1_soc_training\\de1_soc_training\\lab\\SW\\de1_soc_sw_lab2中找到

下面简要介绍一下重要原理

• open：打开内存映射设备驱动。
• mmap：映射物理地址到用户空间。
• alt_read_word:从指定寄存器读取一个值。
• alt_write_word:写一个值到指定寄存器。
• munmap：清除内存映射。

下面是相关寄存器定义和配置程序：

1 2 3

#define USER_IO_DIR     (0x01000000) #define BIT_LED         (0x01000000) #define BUTTON_MASK     (0x02000000)

 下列程序用来配置LED为输出引脚：

1	alt_setbits_word( ( virtual_base + ( ( uint32_t )( ALT_GPIO1_SWPORTA_DDR_ADDR ) & ( uint32_t )( HW_REGS_MASK ) ) ), USER_IO_DIR );

 下列语句可以点亮LED

1	alt_setbits_word( ( virtual_base +( ( uint32_t )( ALT_GPIO1_SWPORTA_DR_ADDR ) &( uint32_t )( HW_REGS_MASK ) ) ), BIT_LED );

 如下语句可以用来读取

1	alt_read_word( ( virtual_base + ( ( uint32_t )(  ALT_GPIO1_EXT_PORTA_ADDR ) & ( uint32_t )( HW_REGS_MASK ) ) ) );

  通过open 和mmap映射到相应的虚拟基地址

1. if( ( fd(fd =open( "/d / " ( O RDWR | O SYNC ) ) )"/dev/mem" , (O_ RDWR|O_ SYNC))) == -1 ) )
2. printf( "ERROR: could not open "/dev/mem"...\\n" );
3. return( 1 );1);
5. virtual_base =mmap( NULL, HW_REGS_SPAN, ( PROT_READ |
6. PROT WRITE_ ), MAP SHARED_, ,  fd,  HW REGS BASE_ _ );

LWAXI总线（light weight AXI）相对于其虚拟基地址的偏移（ALT_LWFPGASLVS_OFST&(unsigned long)(HW_REGS_MASK)）
FPGA外设相对于LWAXI的地址（PIO_LED_BASE）

1. h2_lw_led_addr= virtual_base +  ( ( unsigned long)(
2. ALT_LWFPGASLVS_OFST+PIO_LED_BASE) & ( unsigned
3. long)(HW_REGS_MASK) )