如何使用 Python 来创建一些强大的应用和实用工具

 

本文将探讨如何以 Zynq UltraScale 器件上的 IP 核为目标，使用 Python 来创建一些强大的应用和实用工具。此处提供了一个程序包，供您用于读取设备树和访问 IP 核。此外还提供一个实用工具，用于读取物理寄存器和开关 LED。

Python 是现如今最常用的编程语言之一。原因在于这种语言高产、易于部署且直观。并且正因其热门，产生了大量共享程序包可供其他用户使用。本教程将为您展示如何在 ZCU104 开发板上轻松使用 Python 来启动并运行程序。用户在构建文件系统时，所有必需的程序包都应已准备就绪。此处并未详细列出所有程序包，因为用户更了解自己的应用需要哪些程序包。

由于最终设计目标是嵌入式软件系统，因此更为实用的用例之一是接入嵌入式软件系统的存储器/外设。这里我们使用 mmap 程序包来打开 /dev/mem 并获取访问权。随后，我们可以在其中创建自己的程序包，以供在各种应用或实用工具中使用。我们还可以使用 subprocess 等程序包来访问文件系统。我曾经使用此方法来读取设备树，查看有哪些 IP 已启用以及这些 IP 的配置方式。在此提供了一个用于通过 Python 控制嵌入式系统的定制程序包，供用户作为参考。

硬件设计：

本演示中使用的块设计 （BD） 如下所示。在此使用的是 ZCU104 开发板，但此处流程应该是普遍适用的。

请参阅下方链接获取有关 Vivado 2020.1 中的嵌入式流程的更多信息。

https://docs.xilinx.com/v/u/2020.1-English/ug898-vivado-embedded-design

为 PetaLinux 工程添加 Python 支持

https://github.com/Xilinx/device-tree-xlnx/tree/master/device_tree/data/kernel_dtsi/2020.1/BOARD

在 Python 中使用 /dev/mem：

创建 Linux 镜像后，可以尝试对硬件设计中的外设进行读写。我们可以使用 /dev/mem，以物理方式接入存储器/寄存器。我们将使用 Python 中包含的 mmap 程序包：

其中，addr 即为我们要接入的存储器或寄存器。

创建程序包：

用户可以自行创建程序包，以便将自己的函数添加到其它应用中（请阅读原文参阅附件）。

我已经创建了 1 个此类程序包，它支持用户执行以下操作：

-读取寄存器/存储器

-写入寄存器/存储器

-执行系统命令，如 cat、ls 等

-读取 mdio

-获取物理地址

-mii 转储

-读取设备树节点

-获取设备树属性

使用该程序包来执行读写：

使用该程序包来运行简单的 LED 开关应用：

以下示例可用于开关 AXI GPIO LED：

此程序包将永久循环，用户可使用 Ctrl+ Z 将其停止。

使用该程序包来读取 MDIO：

此处我们将使用实用工具通过 MDIO 来读取 PHY：

#GEM 地址、物理地址、偏移

使用该程序包来检测有效的物理 （PHY） 地址：

我们可以在此处搜索有效的 PHY 地址：

使用该程序包来执行 MII 转储：

在该程序包中包含 mii_dump 实用工具，它将搜索设备树中的任何已启用的 GEM IP、自动检测有效的 PHY 地址并转储 PHY 寄存器：

读取设备树节点：

在此已经创建了一个实用工具，用于读取内核中的设备树节点。创建普遍适用任何设计的脚本时，此工具很有用，因为用户可以根据硬件来创建/使用应用。

例如，我们可以返回设备树中的所有 IP：

我们还可以筛选此搜索，查找设备树中已启用的所有 GEM：

用户还可以仅搜索状态设置为“okay”的所有器件节点：