ZC706千兆网测试(ZYNQ,FreeRTOS,Echo,lwIP,TCP,RGMII)

2021-03-15 10:41:14 浏览数 (1)

除夕快乐

初学FreeRTOS,写完过年了。

(1)使用ZC706开发板测试PS端网口(Echo,lwIP协议栈);

(2)配合操作PL端LED(直接驱动和使用消息队列两种方式);

(3)PS端串口UART打印调试信息;

(4)QSPI固化(Dual Quad SPI Parallel 8 bit模式)。

ZC706中,MAC 控制器与 PHY 通过 RGMII(Reduced Gigabit Media Independent Interface)接口进行连接,实现千兆网。

一、工程概述

1. 开发板配置

使用Xilinx ZYNQ开发板ZC706,默认配置ARM后即可使用PS端网口、串口和QSPI,放置AXI GPIO的IP核驱动PL端的4个LED。

ARM端配置如下图所示,以5处的ARM-A9为核心,使用1处的UART1打印调试信息,使用2处的网口0进行以太网通信,使用3处的AXI GP(General Port)Master通用主设备接口连接PL端的AXI GPIO,最后使用4处的QSPI固化程序,烧录Boot文件。

2. SDK程序

上述工程综合、布局布线并生成bit流后,导出硬件。

新建应用工程Application Project,选择 OS Platform 平台为 freertos10_xilinx(Vivado及SDK版本2018.2,低版本的可能是freertos9_xilinx),选择Next,选中“FreeRTOS lwIP Echo Server”。

新建完成后,即可进行最基础的网络通信了。这里注意,默认设置的是DCHP动态主机配置协议,需要开发板和电脑都连接到一个路由器上。如果直接使用网线连接开发板和电脑,则启用 IPv4 协议,默认配置的IP地址为192.168.1.10,子网掩码255.255.255.0,网关196.128.1.1,如果想要更改默认配置,可以在main.c文件的main_thread()主线程中修改,如下所示:

代码语言:javascript复制
xil_printf("ERROR: DHCP request timed outrn");  
xil_printf("Configuring default IP of 192.168.1.10rn");  
IP4_ADDR(&(server_netif.ip_addr),  192, 168, 1, 10);  
IP4_ADDR(&(server_netif.netmask), 255, 255, 255,  0);    
IP4_ADDR(&(server_netif.gw),  192, 168, 1, 1);    

LWIP 是一个小型开源的 TCP/IP 协议栈,支持IPv4、IPv6、TCP、UDP、DHCP等。

•IGMP 协议,用于网络组管理,可以实现多播数据的接收

•Internet 协议(IP),包括 IPv4 和 IPv6,支持 IP 分片与重装,包括通过多个网络接口的数据包转发

•用于网络维护和调试的 Internet 控制消息协议(ICMP)

•用户数据报协议(UDP)

•传输控制协议(TCP)拥塞控制,往返时间(RTT)估计,快速恢复和重传

•DNS,域名解析

•SNMP,简单网络管理协议

•动态主机配置协议(DHCP)

•以太网地址解析协议(ARP)

•AUTOIP,IP 地址自动配置

•PPP,点对点协议,支持

3. 网络设置

使用网线直接连接ZC706开发板和计算机网口,配置计算机IP地址为192.168.1.11,子网掩码255.255.255.0,网关192.168.1.1,其中IP地址的最后一处可以更改为其他值,但是不能和开发板的相同。

4. 开启监听测试

使用SecureCRT软件监听,除此之外,使用其他网口助手也可以。

二、工程测试

1. 测试Echo官方例程

先打开串口,波特率115200,下载官方例程到ZC706开发板,连接SecureCRT_CN,初始化工程中串口打印信息如下:配置DCHP动态主机协议超时,自动转为IPv4,将板子的IP地址配置为192.168.1.10,子网掩码255.255.255.0,网关192.168.1.1,使用端口7。

在SecureCRT_CN界面输入字符或字符串,回车,通过网口向开发板发送数据,开发板会返回同样的数据,测试正确。

2. 分析源码

2.1 main函数

打开main.c文件,找到main()函数。在main函数中创建了一个线程,传入的参数依次为线程名(调试用)、函数指针、函数需要的参数、需要的堆栈大小、优先级

按照如下配置,调用了main_thread函数,不需要传参(用0或NULL),堆栈大小由#define定义为1024,优先级为2。

代码语言:javascript复制
int main()    
{        
  sys_thread_new("main_thrd", (void(*)(void*))main_thread, 0,      
                  THREAD_STACKSIZE,      
                  DEFAULT_THREAD_PRIO);      
  vTaskStartScheduler();    
  while(1);    
  return 0;    
}    

2.2 main_thread函数

此函数中实现的功能如下:

(1)初始化lwip协议栈;lwip_init();

(2)调用network_thread()创建线程;

(3)调用echo_application_thread()创建线程;

每500ms检测一次DHCP是否成功,若成功则创建echo应用线程,如果10秒还没有成功,则启用IPv4,配置IP地址、子网掩码和网关后,创建echo应用程序;创建成功后退出while,配置完成;

代码语言:javascript复制
while (1) {      
  vTaskDelay(DHCP_FINE_TIMER_MSECS / portTICK_RATE_MS);        
  if (server_netif.ip_addr.addr) {        
    xil_printf("DHCP request successrn");      
    print_ip_settings(&(server_netif.ip_addr), &(server_netif.netmask), &(server_netif.gw));      
    print_echo_app_header();          
    xil_printf("rn");    
    sys_thread_new("echod", echo_application_thread, 0,    
    THREAD_STACKSIZE,    
    DEFAULT_THREAD_PRIO);    
    break;    
  }  
  mscnt  = DHCP_FINE_TIMER_MSECS;      
  if (mscnt >= 10000) {    
    xil_printf("ERROR: DHCP request timed outrn");    
    xil_printf("Configuring default IP of 192.168.1.10rn");    
    IP4_ADDR(&(server_netif.ip_addr),  192, 168, 1, 10);    
    IP4_ADDR(&(server_netif.netmask), 255, 255, 255,  0);    
    IP4_ADDR(&(server_netif.gw),  192, 168, 1, 1);    
    print_ip_settings(&(server_netif.ip_addr), &(server_netif.netmask), &(server_netif.gw));      
    /* print all application headers */    
    xil_printf("rn");      
    xil_printf(" s %6s %srn", "Server", "Port", "Connect With..");    
    xil_printf(" s %6s %srn", "--------------------", "------", "--------------------");      

    print_echo_app_header();    
    xil_printf("rn");    
    sys_thread_new("echod", echo_application_thread, 0,    
    THREAD_STACKSIZE,    
    DEFAULT_THREAD_PRIO);    
    break;    
  }    
}  

2.3 echo_application_thread函数

位置:echo.c文件。

(1)创建socket,绑定端口,监听;

(2)调用process_echo_request函数创建线程;

此函数需要传入参数。

代码语言:javascript复制
while (1) {  
  if ((new_sd = lwip_accept(sock, (struct sockaddr *)&remote, (socklen_t *)&size)) > 0) {  
      sys_thread_new("echos",       
                    process_echo_request,               
                    (void*)new_sd,  
                    THREAD_STACKSIZE,  
                    DEFAULT_THREAD_PRIO);  
  }    
}

2.4 process_echo_request函数

位置:echo.c文件,用户需要注意的最重要的函数,发送和接收的移植全部在这个函数

(1)接收数据,最大数据长度2048,char 类型,存储在recv_buff 数组中,若接收出错,打印错误信息并退出while;

(2)若接收到的数据的前4个字符为quit,则退出while;

(3)将接收到的数据发送出去;

代码语言:javascript复制
void process_echo_request(void *p)    
{    
  int sd = (int)p;    
  int RECV_BUF_SIZE = 2048;    
  char recv_buf[RECV_BUF_SIZE];    
  int n, nwrote;    

  while (1) {    
    /* read a max of RECV_BUF_SIZE bytes from socket */    
    if ((n = read(sd, recv_buf, RECV_BUF_SIZE)) < 0) {    
      xil_printf("%s: error reading from socket %d, closing socketrn", __FUNCTION__, sd);    
      break;    
    }    

    /* break if the recved message = "quit" */    
    if (!strncmp(recv_buf, "quit", 4))    
      break;    

    /* break if client closed connection */    
    if (n <= 0)    
      break;    

    /* handle request */    
    if ((nwrote = write(sd, recv_buf, n)) < 0) {      
      xil_printf("%s: ERROR responding to client echo request. received = %d, written = %drn",    
          __FUNCTION__, n, nwrote);      
      xil_printf("Closing socket %drn", sd);    
      break;    
    }  
  }  

  /* close connection */   
  close(sd);     
  vTaskDelete(NULL);   
}

3. 测试网口发送数据

由2.4可知,在process_echo_request函数中更改发送即可。新增一个字符数组:

代码语言:javascript复制
char tx_buf[16]={'H','e','l','l','o',',','W','o','r','l','d','r','n'}; 

在发送完接收到的数据后,新增一个发送函数,即可发送tx_buf数组,长度为16:

代码语言:javascript复制
write(sd, tx_buf, 16);   

4. 测试网口接收数据并控制LED

在向开发板发送数据时,规定一组特殊数据,如“led0”、“led5”、“led8”等,前3个字符“led”用于指示这部分数据是用于控制LED的,第4个字符表示点亮组合,四个LED使用二进制编码数据为0~15,注意,这里发送的是ASCII字符,在控制LED时需处理成数字(减 ’0’)

接收到数据后,仿照函数中对quit字符串的处理方式,新增一个处理,将接收到的字符串与字符串“led”比较,如果收到的字符串的前3个字符是“led”,则使用第4个字符控制LED的亮灭。

strncmp函数,字符串比较函数,字符串大小的比较以ASCII 码表上的顺序来决定。函数声明为int strncmp ( const char * str1, const char * str2, size_t n ),把 str1 和 str2 进行比较,最多比较前 n 个字节,若str1与str2的前n个字符相同,则返回0;若s1大于s2,则返回大于0的值;若s1 小于s2,则返回小于0的值。

代码语言:javascript复制
if (!strncmp(recv_buf, "led", 3)) { 
  XGpio_DiscreteWrite(&Gpio_Led, 1, recv_buf[3]-'0'); 
  xil_printf("Led Value =  %drn", recv_buf[3]-'0'); 
} 

5. 测试LED任务及消息队列

5.1 包含头文件,声明队列

代码语言:javascript复制
#include "FreeRTOS.h"  
#include "task.h"  
#include "queue.h"  
#include "timers.h"  
QueueHandle_t xQueue = NULL;

5.2 在main函数中创建消息队列

传入两个参数,分别为队列长度和队列中每个元素的长度,xQueueCreate(1,1) 表示队列长度为1,队列中的每个元素时一个char类型数据,xQueueCreate(2,15) 表示队列长度为2,每个元素都是一个char[15]类型的字符数组。

代码语言:javascript复制
xQueue = xQueueCreate(1,1);  
/* Check the queue was created. 检查队列是否创建成功*/  
configASSERT( xQueue );

5.3 在main函数中创建LED任务,接收队列消息

代码语言:javascript复制
xTaskCreate( prvPlLedTask,  
            ( const char * ) "PL Led",  
            configMINIMAL_STACK_SIZE,  
            NULL,  
            tskIDLE_PRIORITY   1,  
            NULL);

其中,调用的prvPlLedTask定义如下,每次从队列中读取一个char类型的数据,若队列为空则等待,若队列不为空则读出后控制LED,注意这里的rece_led_value一定要加取地址符号&,表示传入指针,否则出错。

代码语言:javascript复制
static void prvPlLedTask( void *pvParameters )  
{  
  const TickType_t x1second = pdMS_TO_TICKS( DELAY_1_SECOND );  
  char rece_led_value;  

  for( ;; )  
  {  
    xil_printf( "PL LED taskrn" );  
    xQueueReceive( xQueue,  /* The queue being read. */  
          &rece_led_value,  /* Data is read into this address. */  
          portMAX_DELAY );  /* 延时 */  

    xil_printf( "PL LED taskrn" );  
    xil_printf( "rece_led_value = %drn", rece_led_value-'0' );  
  XGpio_DiscreteWrite(&Gpio_Led, 1, rece_led_value-'0');  

  /* Delay for 1 second. */  
  vTaskDelay( x1second );  
  }  
}

5.4 在process_echo_request中添加发送队列消息

若满足条件,则将对LED的控制信息写入队列,注意要加取地址符号&。

代码语言:javascript复制
if (!strncmp(recv_buf, "led", 3)) {  
  xQueueSend( xQueue,  
              &recv_buf[3],  
              0UL );  
}

三、程序固化

1. 新建FSBL工程

2. 生成Boot镜像文件

生成工程后,右键“Create Boot Image”,依次添加FSBL工程的elf(默认已添加)、工程的bit文件(默认已添加)、需固化的程序elf(Add找到路径添加),“Create Image”。

3. 烧录QSPI Flash

选择Image和FSBL的路径,对Flash,一定选择“qspi_dual_parallel”若选择“qspi_single”也能下载成功,但是无法加载,ZC706板载指示灯亮红灯

4. 配置启动模式

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