基于Linux平台的FPGA驱动开发

文章摘要：void cdev_init(struct cdev*cdev，structfile_operations*fops)；1.4 open和releaseopen主要用于提供驱动初始化，在大部分驱动中，open应当检查设备特定的错误(例如设备没准备好，或者类似的硬件错误)，但是，其第一步常常是确定打开哪个设备。open的原代码为：int(*open) (struct inode*inode，structfile*flip)；1.5 读／写操作读和写都是进行类似的任务，就是从设备到应用程序代码的数据拷贝。因此，它们的原代码比较相似：ssize_t read(struct file*flip，cha

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　　void cdev_init(struct cdev*cdev，structfile_operations*fops)；

　　1.4 open和release

　　open主要用于提供驱动初始化，在大部分驱动中，open应当检查设备特定的错误(例如设备没准备好，或者类似的硬件错误)，但是，其第一步常常是确定打开哪个设备。open的原代码为：

　　int(*open) (struct inode*inode，structfile*flip)；

　　1.5 读／写操作

　　读和写都是进行类似的任务，就是从设备到应用程序代码的数据拷贝。因此，它们的原代码比较相似：

　　ssize_t read(struct file*flip，char__user*buff，size_t count，loff_t*offp)；

　　ssize_t write(struct file*filp，const char__user*buff，size_t count，loff_t*offp)；

　　read的任务是从设备拷贝数据到用户空间(使用copy_to_user)，而write方法则是从用户空间拷贝数据到设备(使用copy_from_user)。

图1所示是用read参数表示一个典型读的实现过程。

　　2 硬件电路

　　通常在大容量存储项目中，S3C2410处理器一般作为主CPU，可对EP2S30F67214进行扩展，以使系统具有拍摄、存储、下载、I／O口扩展的功能。由于FPGA的高速处理能力和易扩展性，ARM与FPGA的结合使用，将在嵌入式系统领域占据主导地位。

　　本项目中的ARM主要读取FPGA的数据，然后进行数据处理并送给上位机。其ARM处理器与FPGA的连接关系如图2所示，其主要连接有32位宽数据线、27位宽地址线以及读、写、中断和片选控制线等。

　　在S3C2410中，nGPCS4的物理地址为0x2000000—0x28000000，共计128MB的静态物理空间。中断方式为下降沿有效。

　　3 编程实现

　　3.1 设备驱动初始化

　　初始化模块在内核启动时主要负责初始化FPGA工作。其实现由module_init () 和module_exit ()两部分组成。其代码如下：

　　3.2 异步中断通知

　　在应用程序中，可用如下代码获得中断响应：

　　signal (SIGIO，test_handler)；／*test_handler为函数名字*／

　　fcntl(fa，F_SETOWN，getpid ())；

　　flags=fcntl(fa，F_GETFL)；／*fd为打开设备返回值*／

　　fcntl (fd，F_SETFL，oflags∣FASYNC)；／*fd为打开设备返回值*／

　　应当注意的是，不是所有的设备都支持异步通知。应用程序常常假定异步能力只对socket和tty可用。

　　3.3 地址映射

　　在Linux设备驱动程序开发过程中，由于驱动程序操作的都是设备的虚拟地址，因此，要使驱动程序对虚拟地址的操作反映到正确的设备上，还需要通过内存管理单元MMU来将设备的虚拟地址映射到正确的物理地址上去，从而保证驱动程序对设备的虚拟地址的操作，也就是要对其相应的物理地址进行操作。使用内存映射的好处是处理大文件时，其速度明显快于标准文件I／O，这样无论读和写，都少了一次用户空间与内核空间之间的复制。在用户空间对FPGA设备的访问可通过内存映射来实现。FPGA可以看作是硬件连接在S3C2410微处理器的片选信号nGPCS4上的一段物理地址的寻址。因此，必须先把物理地址映射到虚拟地址空间，然后才能对该段地址进行读／写。通常用户可用如下代码关联FPGA的地址：

　　fpga_base=ioremap(FPGA_PHY_START，FPGA_PHY_SIZE)；

　　4 结束语

　　本文系统的介绍了ARM基于Linux平台下的FPGA的驱动开发方法，并通过开发用户程序，实现了数据的处理和传输，从而实现了FPGA在嵌入式领域的广泛应用。

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