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「案例分享」基于 AM57x+ Artix-7 FPGA开发板——PRU开发手册详解

2022-06-11 18:16:00 【Tronlong创龙】

PRU-ICSS（可编程实时单元子系统和工业通信子系统，简称PRU）由双32位RISC核（PRU可编程实时单元）、共享数据和指令存储器、内部外围模块和中断控制器(INTC)组成。PRU可以通过L3_MAIN interconnect上的主端口访问设备上的所有资源，反之，外部主机处理器可以通过L3_MAIN slave端口访问PRU资源。

本指导文档适用开发环境：

Windows开发环境：Windows 7 64bit、Windows 10 64bit

CCS：CCS7.4.0

PRU编译器：ti-cgt-pru_2.3.3

PRU开发包：pru-icss-5.1.0

PRU详细说明可查阅产品资料“6-开发参考资料\数据手册\核心板元器件\CPU\”目录下《AM572x Sitara Processor Technical Reference Manual》手册的PRU章节。

创龙科技TL5728F-EVM是一款基于TI Sitara系列AM5728（双核ARM Cortex-A15 +浮点双核DSP C66x） + Xilinx Artix-7 FPGA处理器设计的高端异构多核评估板，由核心板与评估底板组成。AM5728与Artix-7在核心板内部通过GPMC、I2C通信总线连接，在评估底板通过PCIe通信总线连接。核心板经过专业的PCB Layout和高低温测试验证，稳定可靠，可满足各种工业应用环境。

评估板接口资源丰富，引出双路千兆网口、双路SFP光口、USB 3.0、CAN、RS485、SATA、HDMI、GPMC、FMC等接口，方便用户快速进行产品方案评估与技术预研。

图 1

通常ARM Cortex-A15核心运行Linux系统，ARM核心通过pruss和pru rproc驱动程序，将固件加载至PRU，并提供启动、停止等基本控制。通过驱动程序RPMsg(remote processor message)实现通信，它允许PRU和ARM核心互相传递消息。

图 2

驱动程序详细使用说明可参考：https://software-dl.ti.com/processor-sdk-linux/esd/docs/04_03_00_05/linux/Industrial_Protocols.html#linux-drivers。

本文档涉及的案例位于产品资料“4-软件资料\Demo\PRU-demos\”目录下。

表 1

案例	目录	目录说明
pru_rpmsg_led_flash	project	存放CCS工程。
pru_rpmsg_led_flash	image	存放应用程序镜像、动态设备树。
pru_rpmsg_pulse_motor	linux_demo	bin：存放可执行文件； src：存放源码； dts：存放动态设备树文件及其镜像。
pru_rpmsg_pulse_motor	pru_demo	project：存放CCS工程； bin：存放应用程序镜像。

pru_rpmsg_led_flash案例

案例功能：ARM与PRU之间使用RPMsg实现数据交互，ARM通过RPMsg传输数据至PRU，PRU根据数据内容控制评估底板LED3。

案例测试

将本案例image目录下的tl572x-pru-overlay.dtbo、pru_rpmsg_led_flash.out文件拷贝至评估板文件系统"/lib/firmware/"目录下。

图 3

执行如下命令，通过加载动态设备树将LED对应的IO模式配置为PRU专属IO。

Target# mkdir /configfs //如configfs文件夹已存在，请跳过此命令

Target# mount -t configfs configfs /configfs

Target# mkdir /configfs/device-tree/overlays/pru

Target# echo -n "tl572x-pru-overlay.dtbo" > /configfs/device-tree/overlays/pru/path

图 4

执行如下命令，进入"/lib/firmware/"目录，建立新的PRU固件链接。

Target# cd /lib/firmware/

Target# ln -s pru_rpmsg_led_flash.out am57xx-pru1_0-fw

图 5

执行如下命令，将PRU固件pru_rpmsg_led_flash.out加载至pru1_0核。

Target# echo 'start' > /sys/class/remoteproc/remoteproc4/state

图 6

执行如下命令，通过"/dev/rpmsg_pru30"节点发送数据信息至PRU，实现控制评估底板LED的亮灭。

Target# echo on > /dev/rpmsg_pru30 //点亮LED

Target# echo off > /dev/rpmsg_pru30 //熄灭LED

图 7

执行如下命令，可停止运行PRU固件。

Target# echo 'stop' > /sys/class/remoteproc/remoteproc4/state

图 8

案例编译

动态设备树编译

将本案例image目录下的tl572x-pru-overlay.dts文件，拷贝至Ubuntu内核源码的"arch/arm/boot/dts/"目录下。

图 9

在内核源码所在目录下，执行如下命令编译动态设备树。

Host# make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- tl572x-pru-overlay.dtbo

图 10

图 11

将编译生成的动态设备树tl572x-pru-overlay.dtbo，拷贝至评估板文件系统"/lib/firmware/"目录下即可。

PRU案例编译

打开CCS7.4.0，点击"Project -> Import CCS Projects…"，导入CCS工程。

图 12

在弹出的界面中点击"Browse…"，选择非中文路径下的案例project目录，然后点击Finish。

图 13

请将“4-软件资料\Demo\PRU-demos\pru-icss-5.1.0.zip”压缩包解至CCS7.4.0安装目录，右击工程后点击Properties选项，重新指定PRU案例的头文件和库文件路径。

备注：pru-icss-5.1.0.zip压缩包源自Processor-SDK安装包"ti-processor-sdk-linux-rt-am57xx-evm-04.03.00.05\example-applications\pru-icss-5.1.0\"文件夹。

图 14

进入工程属性设置界面后依次点击"Resource -> Linked Resources"，选中"PRU_DEMO_DIR"后点击"Edit…"。

图 15

在弹出的界面中点击"Folder…"，选择pru-icss-5.1.0所在路径，然后点击OK。

图 16

点击OK完成配置，右击工程选择"Build Project"或"Rebuild Project"即可进行工程编译。

图 17

关键代码

允许PRU访问OCP主端口，以便PRU可读取外部存储器；清除PRU系统事件状态。

图 18

初始化RPMsg，并创建ARM和PRU的RPMsg通道。

图 19

等待ARM通过RPMsg发送数据，并根据数据内容控制LED亮灭。通过PRU的__R30寄存器控制LED。

图 20

pru_rpmsg_pulse_motor案例

案例功能：PRU根据ARM传输的数据内容，控制电机驱动器的PUL和DIR管脚来调整电机的转速和转动方向。ARM通过监听按键事件，然后通过RPMsg传输频率数据至PRU，从而控制电机的转动速度。

程序流程框图如下：

图 21

案例测试

本案例使用锐特技术的42步进电机（型号为42CM04）和驱动器（型号为DM320C），按照下图将评估板与电机进行连接。

表 2 评估板J3接口与电机接口引脚对应关系

评估底J3接口	电机驱动器接口
GPMC_A10(PIN 5)	DIR+
GPMC_A11(PIN 6)	PUL+
GND(PIN 44)	PUL-
GND(PIN 17)	DIR-

图 22 评估板J3接口原理图

图 23

将电机驱动器拨码开关(SW1~SW6)拨至010000，即电流设置为1.7A，细分设置为6400脉冲/转。

图 24

将案例"linux_demo\dts\image\"目录下的动态设备树文件和"pru_demo\bin\"目录下的.out文件拷贝至评估板文件系统"/lib/firmware/"目录下。

图 25

执行如下命令，通过加载动态设备树将评估板J3接口的上的GPMC_A10和GPMC_A11对应的IO模式修改为GPIO模式。

Target# mkdir /configfs //如configfs文件夹已存在，请跳过此命令

Target# mount -t configfs configfs /configfs

Target# mkdir /configfs/device-tree/overlays/pru

Target# echo -n "tl572x-pru-overlay.dtbo" > /configfs/device-tree/overlays/pru/path

图 26

执行如下命令，进入"/lib/firmware/"目录，将原有的PRU固件链接删除，并建立新的PRU固件链接。

Target# cd /lib/firmware/

Target# rm am57xx-pru1_0-fw //如测试过其它案例，请执行此命令，否则请忽略

Target# ln -s pru_rpmsg_pulse_motor.out am57xx-pru1_0-fw

图 27

执行如下命令，将PRU固件pru_rpmsg_pulse_motor.out加载至pru1_0核。

Target# echo 'start' > /sys/class/remoteproc/remoteproc4/state

图 28

基于命令行控制电机

通过"/dev/rpmsg_pru30"节点向PRU发送字符，PRU根据数据内容控制电机驱动器的PUL和DIR管脚来选择电机的转速和转动方向。电机默认脉冲频率为0Hz，细分设置为6400脉冲/转，即默认转速为0r/s。可通过RPMsg设置脉冲频率，如设置脉冲频率为32KHz，即转速 = 32KHz / 6400 = 5r/s。

设置电机顺时针正向转动

Target# echo FWD > /dev/rpmsg_pru30 //电机顺时针正向转动

Target# echo 32000 > /dev/rpmsg_pru30 //3200为脉冲频率