BeagleBone GPMC接口读写FPGA双口RAM 高速数据采集 DDS波形发生器

黑非拉

BeagleBone GPMC接口读写FPGA双口RAM 高速数据采集 DDS波形发生器 [复制链接]

 

前面完成BeagleBone从Nand Flash的启动，之后花了一段时间试验BeagleBone GPMC读写外部存储器，针对BeagleBone的GPMC接口扩展一块FPGA板子，基本功能就是在FPGA里做一个双口RAM，BeagleBone GPMC实现对双口RAM的读写操作。当然，FPGA外挂高速AD及DA，完成GPMC读写双口RAM的功能后完全可以做基于ARM+FPGA的高速数据采集及DDS波形发生器。

本文的思路主要参考一下这篇帖子：

https://bbs.eeworld.com.cn/thread-333652-1-1.html

1、TI GPMC 简要说明

通用存储器控制，即用来访问外部存储器的。主要参考下《AM335x ARM ® Cortex™-A8 Microprocessors(MPUs) TechnicalReferenceManual 》该文档的7.1 GPMC。

支持的外部存储器说明：

存储器类型：NORFlashlike,asynchronous and synchronous devices或者NAND Flashlike devices,stream mode

数据总线宽度：8-bits或者16-bits

地址数据总线复用情况：non-multiplexed/AD/AAD（AAD没见过）

同步和异步区别在于：同步需要时钟信号，异步不需要时钟信号，具体自己去体会哈。

GPMC读支持single access及multiple access(burst if synchonous,pageifasynchronous)

，写支持Single access及Multipleaccess(burstifsynchronous,considered as singleifasynchronous) ，

目前Multipleaccess还没弄明白。

由于需要用GPMC读写FPGA 双口RAM，所以采用synchonous single access NOR Flashlike 16bit模式，其硬件连接示意图如下：图1：GPMC读写FPGA 双口RAM硬件连接示意图

2、试验过程

（1）BeagleBone通过GPMC接口读写FPGA做的双口单时钟（读写时钟共用GPMC时钟）RAM。

（2）高速数据采集：FPGA控制高速AD ，FPGA做的双口双时钟（读写时钟分开）RAM作为AD数据缓存，GPMC时钟用作RAM读时钟，FPGA PLL输出时钟作高速AD采样时钟及写RAM时钟；

（3）DDS波形发生器，目前DDS还没有开始做。

简单完成BeagleBone通过GPMC写双口双时钟（读写时钟分开）RAM，即将高速DA需要的数据预存在RAM里，FPGA PLL输出时钟作高速DA时钟及读RAM时钟，FPGA读RAM预存的数据送到高速DA实现固定频率波形产生。

3、GPMC实现

（1）Linux板文件里初始化GPMC相关管脚

板文件路径：/root/bone-linux/arch/arm/mach-omap2

/root/bone-linux/  改成自己的ARM Linux源码目录

相关代码：

1. /* Pin mux for fpga module */
   
2. static struct pinmux_config fpga_pin_mux[] = {
   
3.         {"gpmc_ad0.gpmc_ad0",          OMAP_MUX_MODE0 | AM33XX_PIN_INPUT_PULLUP},
   
4.         {"gpmc_ad1.gpmc_ad1",          OMAP_MUX_MODE0 | AM33XX_PIN_INPUT_PULLUP},
   
5.         {"gpmc_ad2.gpmc_ad2",          OMAP_MUX_MODE0 | AM33XX_PIN_INPUT_PULLUP},
   
6.         {"gpmc_ad3.gpmc_ad3",          OMAP_MUX_MODE0 | AM33XX_PIN_INPUT_PULLUP},
   
7.         {"gpmc_ad4.gpmc_ad4",          OMAP_MUX_MODE0 | AM33XX_PIN_INPUT_PULLUP},
   
8.         {"gpmc_ad5.gpmc_ad5",          OMAP_MUX_MODE0 | AM33XX_PIN_INPUT_PULLUP},
   
9.         {"gpmc_ad6.gpmc_ad6",          OMAP_MUX_MODE0 | AM33XX_PIN_INPUT_PULLUP},
   
10.         {"gpmc_ad7.gpmc_ad7",          OMAP_MUX_MODE0 | AM33XX_PIN_INPUT_PULLUP},
    
11.         {"gpmc_ad8.gpmc_ad8",          OMAP_MUX_MODE0 | AM33XX_PIN_INPUT_PULLUP},
    
12.         {"gpmc_ad9.gpmc_ad9",          OMAP_MUX_MODE0 | AM33XX_PIN_INPUT_PULLUP},
    
13.         {"gpmc_ad10.gpmc_ad10",          OMAP_MUX_MODE0 | AM33XX_PIN_INPUT_PULLUP},
    
14.         {"gpmc_ad11.gpmc_ad11",          OMAP_MUX_MODE0 | AM33XX_PIN_INPUT_PULLUP},
    
15.         {"gpmc_ad12.gpmc_ad12",          OMAP_MUX_MODE0 | AM33XX_PIN_INPUT_PULLUP},
    
16.         {"gpmc_ad13.gpmc_ad13",          OMAP_MUX_MODE0 | AM33XX_PIN_INPUT_PULLUP},
    
17.         {"gpmc_ad14.gpmc_ad14",          OMAP_MUX_MODE0 | AM33XX_PIN_INPUT_PULLUP},
    
18.         {"gpmc_ad15.gpmc_ad15",          OMAP_MUX_MODE0 | AM33XX_PIN_INPUT_PULLUP},
    
19.         
    
20.         
    
21.         {"lcd_data0.gpmc_a0",     OMAP_MUX_MODE1 | AM33XX_PIN_OUTPUT | AM33XX_PULL_DISA},
    
22.         {"lcd_data1.gpmc_a1",     OMAP_MUX_MODE1 | AM33XX_PIN_OUTPUT | AM33XX_PULL_DISA},
    
23.         {"lcd_data2.gpmc_a2",     OMAP_MUX_MODE1 | AM33XX_PIN_OUTPUT | AM33XX_PULL_DISA},
    
24.         {"lcd_data3.gpmc_a3",     OMAP_MUX_MODE1 | AM33XX_PIN_OUTPUT | AM33XX_PULL_DISA},
    
25.         {"lcd_data4.gpmc_a4",     OMAP_MUX_MODE1 | AM33XX_PIN_OUTPUT | AM33XX_PULL_DISA},
    
26.         {"lcd_data5.gpmc_a5",     OMAP_MUX_MODE1 | AM33XX_PIN_OUTPUT | AM33XX_PULL_DISA},
    
27.         {"lcd_data6.gpmc_a6",     OMAP_MUX_MODE1 | AM33XX_PIN_OUTPUT | AM33XX_PULL_DISA},
    
28.         {"lcd_data7.gpmc_a7",     OMAP_MUX_MODE1 | AM33XX_PIN_OUTPUT | AM33XX_PULL_DISA},
    
29.         {"lcd_vsync.gpmc_a8",     OMAP_MUX_MODE1 | AM33XX_PIN_OUTPUT | AM33XX_PULL_DISA},
    
30.         {"lcd_hsync.gpmc_a9",     OMAP_MUX_MODE1 | AM33XX_PIN_OUTPUT | AM33XX_PULL_DISA},
    
31.         {"lcd_pclk.gpmc_a10",     OMAP_MUX_MODE1 | AM33XX_PIN_OUTPUT | AM33XX_PULL_DISA},
    
32.         {"lcd_ac_bias_en.gpmc_a11",     OMAP_MUX_MODE1 | AM33XX_PIN_OUTPUT | AM33XX_PULL_DISA},
    
33.         {"lcd_data8.gpmc_a12",     OMAP_MUX_MODE1 | AM33XX_PIN_OUTPUT | AM33XX_PULL_DISA},
    
34.         {"lcd_data9.gpmc_a13",     OMAP_MUX_MODE1 | AM33XX_PIN_OUTPUT | AM33XX_PULL_DISA},
    
35.         {"lcd_data10.gpmc_a14",     OMAP_MUX_MODE1 | AM33XX_PIN_OUTPUT | AM33XX_PULL_DISA},
    
36.         {"lcd_data11.gpmc_a15",     OMAP_MUX_MODE1 | AM33XX_PIN_OUTPUT | AM33XX_PULL_DISA},
    
37.         
    
38. //        {"gpmc_wait0.gpmc_wait0", OMAP_MUX_MODE0 | AM33XX_PIN_INPUT_PULLUP},
    
39. //        {"gpmc_wpn.gpmc_wpn",          OMAP_MUX_MODE7 | AM33XX_PIN_INPUT_PULLUP},
    
40. //        {"gpmc_csn0.gpmc_csn0",          OMAP_MUX_MODE0 | AM33XX_PULL_DISA},
    
41.         {"gpmc_csn0.gpio1_29", OMAP_MUX_MODE7 | AM33XX_PIN_INPUT},
    
42. {"gpmc_csn1.gpmc_csn1",          OMAP_MUX_MODE0 | AM33XX_PULL_DISA},
    
43. //{"gpmc_csn1.gpio1_30", OMAP_MUX_MODE7 | AM33XX_PIN_INPUT},
    
44. //        {"gpmc_csn2.gpmc_csn2",          OMAP_MUX_MODE0 | AM33XX_PULL_DISA},
    
45.         {"gpmc_csn2.gpio1_31", OMAP_MUX_MODE7 | AM33XX_PIN_INPUT},
    
46. //        {"gpmc_advn_ale.gpmc_advn_ale",  OMAP_MUX_MODE0 | AM33XX_PULL_DISA},
    
47.         {"gpmc_oen_ren.gpmc_oen_ren",         OMAP_MUX_MODE0 | AM33XX_PULL_DISA},
    
48.         {"gpmc_wen.gpmc_wen",     OMAP_MUX_MODE0 | AM33XX_PULL_DISA},
    
49. //        {"gpmc_ben0_cle.gpmc_ben0_cle",         OMAP_MUX_MODE0 | AM33XX_PULL_DISA},
    
50.         {"gpmc_clk.gpmc_clk",     OMAP_MUX_MODE0 | AM33XX_PULL_DISA | <font color="#ff0000">AM33XX_INPUT_EN</font>},
    
51.         {NULL, 0},
    
52. };

复制代码

特别注意GPMC_CLK的AM33XX_INPUT_EN属性的配置，未知管脚需要到文件mux33xx.c下修改相关内容。csn1作片选，csn0、2作GPIO用。

（2）GPMC驱动设计

主要参考内核源代码里的gpmc.c以及gpmc.h文件，内核里是platform平台驱动，我改成了最基础的字符设备驱动，水平有限。

源码文件见附件：附件1：GPMC驱动源码

（3）读写应用程序编写

源码文件见附件：附件2：读写应用程序源码

4、FPGA端程序设计

（1）FPGA与BeagleBone的连接图如下：图2：FPGA与BeagleBone的连接图

（2）FPGA原理图输入截图如下：图3：FPGA原理图输入截图

（3）FPGA管脚配置TCL文件相关部分：

1. set_location_assignment PIN_118 -to GPMC_A[1]
   
2.         set_location_assignment PIN_113 -to GPMC_A[2]
   
3.         set_location_assignment PIN_114 -to GPMC_A[3]
   
4.         set_location_assignment PIN_104 -to GPMC_A[4]
   
5.         set_location_assignment PIN_112 -to GPMC_A[5]
   
6.         set_location_assignment PIN_101 -to GPMC_A[6]
   
7.         set_location_assignment PIN_103 -to GPMC_A[7]
   
8.         set_location_assignment PIN_87 -to GPMC_A[8]
   
9.         set_location_assignment PIN_81 -to GPMC_AD[0]
   
10.         set_location_assignment PIN_80 -to GPMC_AD[1]
    
11.         set_location_assignment PIN_57 -to GPMC_AD[2]
    
12.         set_location_assignment PIN_58 -to GPMC_AD[3]
    
13.         set_location_assignment PIN_79 -to GPMC_AD[4]
    
14.         set_location_assignment PIN_76 -to GPMC_AD[5]
    
15.         set_location_assignment PIN_53 -to GPMC_AD[6]
    
16.         set_location_assignment PIN_55 -to GPMC_AD[7]
    
17.         set_location_assignment PIN_73 -to GPMC_AD[8]
    
18.         set_location_assignment PIN_65 -to GPMC_AD[9]
    
19.         set_location_assignment PIN_67 -to GPMC_AD[10]
    
20.         set_location_assignment PIN_71 -to GPMC_AD[11]
    
21.         set_location_assignment PIN_64 -to GPMC_AD[12]
    
22.         set_location_assignment PIN_63 -to GPMC_AD[13]
    
23.         set_location_assignment PIN_70 -to GPMC_AD[14]
    
24.         set_location_assignment PIN_69 -to GPMC_AD[15]
    
25.         set_location_assignment PIN_72 -to GPMC_CLK
    
26.         set_location_assignment PIN_75 -to GPMC_CSN
    
27.         set_location_assignment PIN_59 -to GPMC_OEN_REN
    
28.         set_location_assignment PIN_60 -to GPMC_WEN
    

复制代码

5、BeagleBone通过GPMC接口读写FPGA做的双口单时钟（读写时钟共用GPMC时钟）RAM SignalTapII抓图：

图4：GPMC-Read
图5：GPMC-Write
AD及DA原理图见附件3：adc和附件4：dac，软件部分上面搞定了，这个也不难，后续需要根据具体应用进行深入。

[ 本帖最后由 黑非拉 于 2013-12-12 11:12 编辑 ]

wy52119514

fpga代码呢大哥

wy52119514

大哥我也是用这个方案，但是我是将GPMC接口连接FPGA，一种是在FPGA中构建双口ram，或者将数据直接通过FPGA连接到外部的双口ram芯片上；
就是GPMC接口接到了FPGA，同时在FPGA外面挂了一个双口ram，要么将GPMC通过FPGA直连到外部双口ram；
要么FPGA先收下GPMC接口数据，然后再转到外部双口ram；
要么在FPGA中构建一个双口ram；
我估计都要试试；
现在板子还没有回来，所以只是构想，

wy52119514

大哥，问下，gpmc的clk可以接FPGA的普通IO么

黑非拉

wy52119514 发表于 2013-12-22 16:52
大哥，问下，gpmc的clk可以接FPGA的普通IO么

可以的。
FPGA的代码你看下图就知道了，很简单。

arm_zhung

fpga代码呢？

wy52119514

大哥你测过GPMC的速度可以达到多少呢？，以你这个方式

zhuzengkun

你好：
        我使用你的驱动做测试的时候，加载内核的时候出现下面的情况
Failed to request memory region
******Request GPMC CS ******
gpmc_cs_read_reg invoked without initializing GPMC
Failed to request GPMC CS1
io内存申请失败，请问一下 你测试的时候出现这种情况了吗，能不能不申请IO空间 直接映射基地址啊？
谢谢！

黑非拉

wy52119514 发表于 2014-3-24 20:24
大哥你测过GPMC的速度可以达到多少呢？，以你这个方式

gpmc的速度确实很重要，这个只是初步想法，要考虑的东西还很多，特别是采集这一块

prz12

楼主，现在速度这一块突破到多少了

JokeNess_hX4D0

zhuzengkun 发表于 2014-4-22 11:05
你好：
        我使用你的驱动做测试的时候，加载内核的时候出现下面的情况
Failed to request memory  ...

我也也到了。有人解决了吗

luoyefeihua123

附件1和附件2是在哪里呀

xuhailun

受教, 我正在用AM4377

marongbin1234

非常不错的资料！

chenai001

看代码里面并没有配置时序呀，是不需要吗？

wangwo

楼主发帖辛苦了，谢谢分享！！！！！！！！！！

miaoguoqiang

你这里没有添加初始化吗
{evm_fpga_init, DEV_ON_BASEBOARD, PROFILE_NONE},

王勋

GPMC 跟 外部FPGA  是 几V 的电平? 3.3V ?  2.5V ?