SP701上的lwIP入門

描述

在我上一篇項(xiàng)目博文中，我介紹了如何在 Vivado 2021.2 中為基于 SP701 Spartan-7 的開發(fā) FPGA 板創(chuàng)建基礎(chǔ)硬件設(shè)計(jì)。該項(xiàng)目是涵蓋如何使用 Xilinx 的嵌入式軟件 IDE Vitis 在嵌入式 C 語言中創(chuàng)建輕量級 IP (lwIP) 回顯服務(wù)器以在 SP701 上運(yùn)行的項(xiàng)目的延續(xù)。

如果您還不熟悉，Vitis 及其前身 Xilinx SDK 都有一個(gè)模板 lwIP 回顯服務(wù)器項(xiàng)目，可以用作起點(diǎn)并根據(jù)用戶的特定應(yīng)用需求進(jìn)行定制。我發(fā)現(xiàn)它作為為我的 FPGA 設(shè)計(jì)建立網(wǎng)絡(luò)通信的基準(zhǔn)非常方便，并且節(jié)省了大量時(shí)間，所以我不會(huì)在每次需要通過以太網(wǎng)連接控制我的 FPGA 時(shí)重新發(fā)明輪子。

作為高級概述，我將使用 lwIP 回顯服務(wù)器項(xiàng)目模板創(chuàng)建一個(gè)新的應(yīng)用程序項(xiàng)目，將 SP701 連接到我的本地網(wǎng)絡(luò)，直接連接到我的路由器，然后使用套接字在我的主機(jī) PC 上創(chuàng)建一個(gè)簡單的 Python3 腳本來發(fā)送一些向 SP701 上的服務(wù)器測試數(shù)據(jù)包，看它們是否成功回顯。

啟動(dòng) Vitis

Vitis 可以直接從 Vivado 啟動(dòng)，也可以從命令行獨(dú)立啟動(dòng)。

要從 Vivado 啟動(dòng)，請選擇Tools > Launch Vitis IDE （這可以在 Vivado 中打開或不打開項(xiàng)目的情況下完成）：

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要從命令行啟動(dòng)，首先獲取環(huán)境然后運(yùn)行 ??Vitis：

~$ source /tools/Xilinx/Vitis/2021.2/settings64.sh
~$ vitis

為這個(gè) Vitis 實(shí)例的工作區(qū)選擇一個(gè)目錄，我個(gè)人喜歡在 Vivado 項(xiàng)目的頂層創(chuàng)建一個(gè)文件夾，我在 Vitis 工作區(qū)中創(chuàng)建軟件中的硬件將基于該項(xiàng)目。這只是我保持一切井井有條的方式。

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Vitis 最初將啟動(dòng)到一個(gè)完全空白的工作區(qū)。與它的前身 Xilinx SDK 不同，它會(huì)自動(dòng)從 Vivado 中提取導(dǎo)出的硬件平臺。

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整個(gè)項(xiàng)目流程可以分解為以下步驟：

• 使用從 Vivado 導(dǎo)出的硬件平臺設(shè)計(jì)為目標(biāo)創(chuàng)建一個(gè)平臺項(xiàng)目。
• 創(chuàng)建一個(gè)應(yīng)用程序項(xiàng)目，其中包含要在目標(biāo)硬件的處理系統(tǒng)上運(yùn)行的實(shí)際 C 代碼。
• 使用硬件上的系統(tǒng)調(diào)試器等調(diào)試器調(diào)試應(yīng)用程序。
• 對目標(biāo)設(shè)備的閃存進(jìn)行編程。

我將介紹該項(xiàng)目的前三個(gè)步驟。

平臺項(xiàng)目

通過從空白工作區(qū)窗口中選擇創(chuàng)建平臺項(xiàng)目，基于從 Vivado 導(dǎo)出的硬件平臺（帶比特流）創(chuàng)建新的平臺項(xiàng)目。

彈出窗口將指導(dǎo)您完成用于命名平臺項(xiàng)目的參數(shù)選擇，并指向?yàn)槟繕?biāo)板（.xsa 文件）導(dǎo)出的硬件平臺所在的位置。

由于這是一個(gè)未使用 Linux 或 RTOS 等操作系統(tǒng)的裸機(jī)應(yīng)用程序，因此Operating system設(shè)置為standalone 。

目標(biāo)處理器是 Vivado 模塊設(shè)計(jì)microblaze_0中 MicroBlaze 處理器的實(shí)例化。

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單擊 Finish，Vitis 將在空白工作區(qū)中生成平臺項(xiàng)目。

在這個(gè)特定實(shí)例中創(chuàng)建應(yīng)用程序項(xiàng)目之前，需要修改平臺項(xiàng)目中生成的 BSP 以包含 lwIP 庫，因?yàn)樵谛缕脚_項(xiàng)目中默認(rèn)情況下未啟用該特定庫

要修改 BSP 以添加 lwIP 庫，請選擇修改 BSP 設(shè)置...

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然后在彈出窗口中，選中啟用lwip211的復(fù)選框并單擊OK 。

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請注意，平臺項(xiàng)目顯示為已過期。這是因?yàn)榇藭r(shí)尚未構(gòu)建平臺項(xiàng)目，因此不存在輸出文件。運(yùn)行平臺項(xiàng)目的初始構(gòu)建，這樣它就不會(huì)再使用菜單欄中的構(gòu)建圖標(biāo)或按 ctrl+B 顯示為過時(shí)。

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應(yīng)用項(xiàng)目

配置和構(gòu)建平臺項(xiàng)目后，基于它創(chuàng)建一個(gè)新的應(yīng)用程序項(xiàng)目。選擇新建>應(yīng)用程序項(xiàng)目...

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在彈出窗口中，您可以跳過第一張幻燈片（它是我們生成應(yīng)用程序項(xiàng)目的步驟大綱）。選擇上一步中創(chuàng)建的平臺項(xiàng)目作為應(yīng)用程序的基礎(chǔ)，然后單擊Next 。

根據(jù)需要命名應(yīng)用項(xiàng)目，Vitis 將自動(dòng)為其生成系統(tǒng)項(xiàng)目并將其與 MicroBlaze 軟處理器相關(guān)聯(lián)（假定它是唯一可運(yùn)行的目標(biāo)）。單擊下一步。

同樣，由于沒有操作系統(tǒng)，域?qū)⑹?/font>standalone 。在 Vitis 中創(chuàng)建新應(yīng)用項(xiàng)目的最后一步是選擇一個(gè)項(xiàng)目模板，以完成初始啟動(dòng)中的一些基礎(chǔ)工作。正如我之前提到的，這個(gè)項(xiàng)目正在使用 lwIP 回顯服務(wù)器應(yīng)用程序模板。選擇它并單擊完成。

注意：如果您忘記修改 BSP 以啟用 lwip211 庫，F(xiàn)inish 按鈕將變灰，并且窗口頂部會(huì)出現(xiàn)一條警告消息，告訴您庫丟失。

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同樣，Vitis 將為設(shè)計(jì)生成應(yīng)用程序項(xiàng)目和基礎(chǔ)代碼。

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默認(rèn)代碼有很好的注釋，所以請隨意打開/src/main.c閱讀它并添加任何所需的自定義代碼。

為應(yīng)用程序項(xiàng)目運(yùn)行構(gòu)建。

應(yīng)用調(diào)試

通過使用以太網(wǎng)電纜將 SP701 開發(fā)板連接到您的路由器來設(shè)置 SP701 開發(fā)板，將 USB 連接到 UART 端口 J5 到您的主機(jī) PC，然后插入墻上適配器為 SP701 板供電。通過將 SW11 設(shè)置為 ON 位置來打開電路板。

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通過在資源管理器窗口中右鍵單擊應(yīng)用程序名稱，然后選擇Debug As > Launch Hardware (Single Application Debug) ，在 Vitis 中啟動(dòng) lwIP 服務(wù)器應(yīng)用程序的調(diào)試運(yùn)行。

然后，Vitis 將從開發(fā)視圖切換到調(diào)試視圖，將比特流編程到 FPGA 上，啟動(dòng) MicroBlaze，然后設(shè)置斷點(diǎn)，使其在進(jìn)入 lwIP 應(yīng)用程序的主要功能后立即停止。

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此時(shí)，您可以像在任何其他調(diào)試器中一樣選擇逐步執(zhí)行/結(jié)束/退出，或者您可以單擊運(yùn)行/恢復(fù)/F8 （所有這些都位于菜單欄中）讓應(yīng)用程序正常運(yùn)行隨時(shí)暫停和單步執(zhí)行的選項(xiàng)。

您還需要連接到 SP701 的 UART 串??行輸出。您可以使用您選擇的任何串行終端應(yīng)用程序執(zhí)行此操作，或使用 Vitis 中的內(nèi)置終端應(yīng)用程序。調(diào)試視圖底部有一組選項(xiàng)卡，包括Console 、Vitis Serial Terminal 、Executables 、Debug Shell 、Vitis Log 、Problems和Debugger Console 。

切換到Vitis 串行終端選項(xiàng)卡并點(diǎn)擊+按鈕。將有三個(gè)枚舉串口，選擇三個(gè)中的第一個(gè)（例如，如果有 ttyUSB0、ttyUSB1 和 ttyUSB2，則選擇 ttyUSB0）。并以 9600 的波特率和默認(rèn) UART 設(shè)置連接到它。

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現(xiàn)在單擊運(yùn)行將啟動(dòng)回顯服務(wù)器偵聽它在端口號 7 上建立的端口，如 UART 接口上的串行輸出所證明的那樣。這將告訴您 SP701 板的本地 IP 和鏈接狀態(tài)。

主機(jī) PC 回顯客戶端

為了測試 SP701 上的 lwIP 回顯服務(wù)器，我在 Python3 中拼湊了一個(gè)簡單的回顯客戶端腳本，我從與 SP701 位于同一本地網(wǎng)絡(luò)的 PC 上運(yùn)行該腳本。

該腳本在 SP701 的本地 IP（默認(rèn)為 192.168.1.10）的端口 7 上作為客戶端打開一個(gè)套接字，然后將一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)包發(fā)送到回顯服務(wù)器。

發(fā)送數(shù)據(jù)包后，回顯服務(wù)器會(huì)等待，直到收到與發(fā)送出去的字節(jié)數(shù)相同的返回字節(jié)，然后打印出接收到的數(shù)據(jù)包。一旦接收到預(yù)期的字節(jié)數(shù)，echo 客戶端就會(huì)關(guān)閉套接字。關(guān)閉套接字很重要，因?yàn)槿绻贿@樣做并嘗試再次運(yùn)行腳本，它將掛起，因?yàn)樘捉幼仲Y源從未被釋放。

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作為對連接的進(jìn)一步測試，您還可以從 PC 的命令行 ping SP701：

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我認(rèn)為這將是啟動(dòng)和運(yùn)行 lwIP 的一個(gè)很好的停止點(diǎn)（我試圖將我的項(xiàng)目帖子保持在易于消耗的長度）。在未來的項(xiàng)目中，我將通過在回顯服務(wù)器中添加自定義函數(shù)來對此進(jìn)行擴(kuò)展，因此請保留此書簽。