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SP701上的lwIP入門

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資料介紹

描述

在我上一篇項目博文中，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)建基礎硬件設計。該項目是涵蓋如何使用 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) 回顯服務器以在 SP701 上運行的項目的延續(xù)。

如果您還不熟悉，Vitis 及其前身 Xilinx SDK 都有一個模板 lwIP 回顯服務器項目，可以用作起點并根據(jù)用戶的特定應用需求進行定制。我發(fā)現(xiàn)它作為為我的 FPGA 設計建立網(wǎng)絡通信的基準非常方便，并且節(jié)省了大量時間，所以我不會在每次需要通過以太網(wǎng)連接控制我的 FPGA 時重新發(fā)明輪子。

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

啟動 Vitis

Vitis 可以直接從 Vivado 啟動，也可以從命令行獨立啟動。

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

要從命令行啟動，首先獲取環(huán)境然后運行 ??Vitis：

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

為這個 Vitis 實例的工作區(qū)選擇一個目錄，我個人喜歡在 Vivado 項目的頂層創(chuàng)建一個文件夾，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 最初將啟動到一個完全空白的工作區(qū)。與它的前身 Xilinx SDK 不同，它會自動從 Vivado 中提取導出的硬件平臺。

整個項目流程可以分解為以下步驟：

使用從 Vivado 導出的硬件平臺設計為目標創(chuàng)建一個平臺項目。
創(chuàng)建一個應用程序項目，其中包含要在目標硬件的處理系統(tǒng)上運行的實際 C 代碼。
使用硬件上的系統(tǒng)調(diào)試器等調(diào)試器調(diào)試應用程序。
對目標設備的閃存進行編程。

我將介紹該項目的前三個步驟。

平臺項目

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

彈出窗口將指導您完成用于命名平臺項目的參數(shù)選擇，并指向為目標板（.xsa 文件）導出的硬件平臺所在的位置。

由于這是一個未使用 Linux 或 RTOS 等操作系統(tǒng)的裸機應用程序，因此Operating system設置為standalone 。

目標處理器是 Vivado 模塊設計microblaze_0中 MicroBlaze 處理器的實例化。

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單擊 Finish，Vitis 將在空白工作區(qū)中生成平臺項目。

在這個特定實例中創(chuàng)建應用程序項目之前，需要修改平臺項目中生成的 BSP 以包含 lwIP 庫，因為在新平臺項目中默認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 設置...

然后在彈出窗口中，選中啟用lwip211的復選框并單擊OK 。

請注意，平臺項目顯示為已過期。這是因為此時尚未構建平臺項目，因此不存在輸出文件。運行平臺項目的初始構建，這樣它就不會再使用菜單欄中的構建圖標或按 ctrl+B 顯示為過時。

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應用項目

配置和構建平臺項目后，基于它創(chuàng)建一個新的應用程序項目。選擇新建>應用程序項目...

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

根據(jù)需要命名應用項目，Vitis 將自動為其生成系統(tǒng)項目并將其與 MicroBlaze 軟處理器相關聯(lián)（假定它是唯一可運行的目標）。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)建新應用項目的最后一步是選擇一個項目模板，以完成初始啟動中的一些基礎工作。正如我之前提到的，這個項目正在使用 lwIP 回顯服務器應用程序模板。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 將為設計生成應用程序項目和基礎代碼。

默認代碼有很好的注釋，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。

為應用程序項目運行構建。

應用調(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置 SP701 開發(fā)板，將 USB 連接到 UART 端口 J5 到您的主機 PC，然后插入墻上適配器為 SP701 板供電。通過將 SW11 設置為 ON 位置來打開電路板。

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

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 MicroBlaze，然后設置斷點，使其在進入 lwIP 應用程序的主要功能后立即停止。

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

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用程序執(zhí)行此操作，或使用 Vitis 中的內(nèi)置終端應用程序。調(diào)試視圖底部有一組選項卡，包括Console 、Vitis Serial Terminal 、Executables 、Debug Shell 、Vitis Log 、Problems和Debugger Console 。

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

現(xiàn)在單擊運行將啟動回顯服務器偵聽它在端口號 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 PC 回顯客戶端

為了測試 SP701 上的 lwIP 回顯服務器，我在 Python3 中拼湊了一個簡單的回顯客戶端腳本，我從與 SP701 位于同一本地網(wǎng)絡的 PC 上運行該腳本。

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

發(fā)送數(shù)據(jù)包后，回顯服務器會等待，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。一旦接收到預期的字節(jié)數(shù)，echo 客戶端就會關閉套接字。關閉套接字很重要，因為如果您不這樣做并嘗試再次運行腳本，它將掛起，因為套接字資源從未被釋放。