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[资料] 【正点原子FPGA连载】第九章Linux显示设备的使用-领航者ZYNQ之linux开发指南
2020-9-10 17:53:01  171 正点原子FPGA
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第九章Linux显示设备的使用

领航者开发板上有两个显示设备接口,分别为HDMI接口和LCD接口,这两个接口可以用来接HDMI显示器和正点原子的LCD液晶屏,使用图形界面的时候可以通过这两个接口分别显示在HDMI显示器和LCD液晶屏上。本章我们讲解如何使用Petalinux配置Linux内核和设备树来驱动HDMI显示器和LCD液晶屏。
9.1准备工作
HDMI的显示首先需要硬件层面的支持,在《领航者ZYNQ之嵌入式开发指南》的《SD卡读BMP图片HDMI显示实验》中我们实现了裸机驱动HDMI的显示,可见硬件层面是没有问题的。如果想实现Linux驱动HDMI的显示,除了需要该实验对应的Vivado工程的硬件平台支持外,还需要相应的Linux驱动程序,同样LCD的显示除了硬件层面的支持外也需要一个驱动。
Linux显示设备的驱动程序我们放在了提供的内核源码中。在我们提供的光盘资料:ZYNQ开发板资料盘(A盘)\4_SourceCode\ZYNQ_7020\3_Embedded_Linux\资源文件\kernel目录下有两个源码包,分别是linux-xlnx-xilinx-v2018.3.tar.gz和linux-4.14.0-atk-v2018.3.tar.gz,前者是Xilinx官方提供的Linux内核源码包,后者是我们定制的用于领航者开发板的Linux内核源码包,里面添加了适用于领航者开发板的驱动程序,该内核源码已托管到gitee网站:https://gitee.com/greatdream/linux,可从该网站获取最新的领航者开发板的linux内核源码。
我们将linux-4.14.0-atk-v2018.3.tar.gz解压到ubuntu系统的work/petalinux/目录下,或者从gitee网站clone到work/petalinux/目录下,推荐使用第二种方式,在终端输入命令如下:

  • cd ~/work/petalinux/
  • git clone <a  target="_blank">https://gitee.com/greatdream/linux.git</a> linux-4.14

上面的命令实现的功能就是将托管到gitee上的Linux内核源码clone到linux-4.14目录下,clone完成后,进入到linux-4.14目录下,可看到linux内核源码已下载完成,如下图所示:



图 20.1.1 linux内核源码目录

至此我们的准备工作就完成了,下面我们配置Petalinux工程和Linux内核以及设备树来驱动HDMI或LCD的显示。
9.2配置Petalinux工程
进入到第六章创建的Petalinux工程目录下,输入如下命令,设置Petalinux运行所需的环境变量,

  • sptl
    或者
  • source /opt/pkg/petalinux/2018.3/settings.sh

执行结果如下图所示:



图 20.2.1 设置Petalinux运行所需的环境变量

现在重新配置petalinux,重新设置Linux内核的来源,输入如下命令:

  • petalinux-config

在弹出的配置窗口中,进入到“Linux Components Selection--->linux-kernel(linux-xlnx)”菜单下,配置Linux内核来源。此处选择“ext-local-src”,也就是本地存放的Linux内核源码,如下图所示:



图 20.2.2 选择“ext-local-src”

也可以选择“remote”选项,将远程路径指向我们托管的gitee网站,此处以本地路径为例进行讲解。按键盘上的下方向键移到“ext-local-src”,然后按键盘上的“Enter“键确定,返回到上一界面,如下图所示:



图 20.2.3 返回到上一界面

进入“External linux-kernel local source settings”子菜单,如下图所示:



图 20.2.4 “External linux-kernel local source settings”子菜单

按键盘上的“Enter”键配置“EXternal linux-kernel local source path”,如下图所示:



图 20.2.5 填写Linux内核源码的本地路径

也就是填写Linux内核源码的本地路径,上一节我们将Linux内核源码clone到/home/zynq/work/petalinux/linux-4.14目录,所以此处填写该目录。填写完成后,按键盘上的“Enter”键完成配置,返回到上一界面,如下图所示:



图 20.2.6 填写内核路径完成后的界面

现在保存配置并退出,下一步,配置Linux内核。
9.3配置Linux内核
Linux内核默认都是配置好的,无需配置。下面我们看下进行了那些配置。在终端中输入如下命令:
petalinux-config -c kernel
弹出Linux内核的配置窗口。在内核配置窗口中,进入“Device Drivers”菜单下的“Graphics support”菜单下,



图 20.3.1 “Graphics support”菜单

可以看到默认配置了“Xilinx LCD framebuffer driver support By alientek”,该驱动可以用来驱动HDMI和LCD的显示。
在“Device Drivers”菜单下的“Common clock Framework”菜单下,可以看到默认配置了“Digilent axi_dynclk Driver”,该驱动可以根据不同的分辨率输出不同的像素时钟
至此,内核方面的配置也就完成了。保存并退出,进入下一步,配置设备树。
9.4配置设备树
编辑当前工程目录下的project-spec/meta-user/recipes-bsp/device-tree/files/system-user.dtsi文件。由于文件内容太长,此处就不全部粘贴了,主要讲解下在第6.2.7节的配置的基础上追加哪些内容,在beep后面追加视频时序,内容如下:

  • 94 beep {
  • 95 compatible = "gpio-beeper";
  • 96 gpios = <&gpio0 57 GPIO_ACTIVE_HIGH>;
  • 97 };
  • 98
  • 99 video_timings {
  • 100 timing_4x3_480x272: timing0 {
  • 101 clock-frequency = <9000000>;
  • 102 hactive = <480>;
  • 103 vactive = <272>;
  • 104
  • 105 hback-porch = <40>;
  • 106 hsync-len = <20>;
  • 107 hfront-porch = <5>;
  • 108 vback-porch = <8>;
  • 109 vsync-len = <3>;
  • 110 vfront-porch = <8>;
  • 111
  • 112 hsync-active = <0>;
  • 113 vsync-active = <0>;
  • 114 de-active = <1>;
  • 115 pixelclk-active = <0>;
  • 116 };
  • 117
  • 118 timing_4x3_800x480: timing1 {
  • 119 clock-frequency = <33000000>;
  • 120 hactive = <800>;
  • 121 vactive = <480>;
  • 122
  • 123 hback-porch = <88>;
  • 124 hsync-len = <48>;
  • 125 hfront-porch = <40>;
  • 126 vback-porch = <32>;
  • 127 vsync-len = <3>;
  • 128 vfront-porch = <13>;
  • 129
  • 130 hsync-active = <0>;
  • 131 vsync-active = <0>;
  • 132 de-active = <1>;
  • 133 pixelclk-active = <0>;
  • 134 };
  • 135
  • 136 timing_7_800x480: timing2 {
  • 137 clock-frequency = <33000000>;
  • 138 hactive = <800>;
  • 139 vactive = <480>;
  • 140
  • 141 hback-porch = <46>;
  • 142 hsync-len = <20>;
  • 143 hfront-porch = <210>;
  • 144 vback-porch = <23>;
  • 145 vsync-len = <3>;
  • 146 vfront-porch = <22>;
  • 147
  • 148 hsync-active = <0>;
  • 149 vsync-active = <0>;
  • 150 de-active = <1>;
  • 151 pixelclk-active = <0>;
  • 152 };
  • 153
  • 154 timing_7_1024x600: timing3 {
  • 155 clock-frequency = <51000000>;
  • 156 hactive = <1024>;
  • 157 vactive = <600>;
  • 158
  • 159 hback-porch = <140>;
  • 160 hsync-len = <20>;
  • 161 hfront-porch = <160>;
  • 162 vback-porch = <20>;
  • 163 vsync-len = <3>;
  • 164 vfront-porch = <12>;
  • 165
  • 166 hsync-active = <0>;
  • 167 vsync-active = <0>;
  • 168 de-active = <1>;
  • 169 pixelclk-active = <0>;
  • 170 };
  • 171
  • 172 timing_10x1_1280x800: timing4 {
  • 173 clock-frequency = <71100000>;
  • 174 hactive = <1280>;
  • 175 vactive = <800>;
  • 176
  • 177 hback-porch = <80>;
  • 178 hsync-len = <10>;
  • 179 hfront-porch = <70>;
  • 180 vback-porch = <10>;
  • 181 vsync-len = <3>;
  • 182 vfront-porch = <10>;
  • 183
  • 184 hsync-active = <0>;
  • 185 vsync-active = <0>;
  • 186 de-active = <1>;
  • 187 pixelclk-active = <1>;
  • 188 };
  • 189
  • 190 timing_1920x1080: timing5 {
  • 191 clock-frequency = <148500000>;
  • 192 hactive = <1920>;
  • 193 vactive = <1080>;
  • 194
  • 195 hback-porch = <148>;
  • 196 hsync-len = <44>;
  • 197 hfront-porch = <88>;
  • 198 vback-porch = <36>;
  • 199 vsync-len = <5>;
  • 200 vfront-porch = <4>;
  • 201
  • 202 hsync-active = <0>;
  • 203 vsync-active = <0>;
  • 204 de-active = <1>;
  • 205 pixelclk-active = <1>;
  • 206 };
  • 207 };

video_timings开始就是追加的内容,以timing_4x3_480x272为例,讲解下命名的格式,timing也就是时序,4x3对应的是4.3寸LCD液晶屏,480x272对应的是该液晶屏的分辨率为480x272,{}内的就是具体的驱动时序,需要说明的是timing_1920x1080对应的是HDMI分辨率为1920x1080的时序。
除了追加以上内容外,还需要在该文件的尾部追加以下内容:

  • 231 &axi_dynclk_0 {
  • 232 compatible = "digilent,axi-dynclk";
  • 233 clocks = <&clkc 15>;
  • 234 #clock-cells = <0>;
  • 235 };
  • 236
  • 237 &v_tc_0 {
  • 238 compatible = "xlnx,v-tc-5.01.a";
  • 239 };
  • 240
  • 241 &amba_pl {
  • 242 xlnx_vdma_hdmi {
  • 243 compatible = "xilinx,vdmafb";
  • 244 status = "okay";
  • 245
  • 246 xlnx,vtc = <&v_tc_0>;
  • 247 clocks = <&axi_dynclk_0>;
  • 248 clock-names = "hdmi_pclk";
  • 249 dmas = <&axi_vdma_0 0>;
  • 250 dma-names = "hdmi_vdma";
  • 251
  • 252 is-hdmi = <0x1>;
  • 253
  • 254 display-timings = <&timing_1920x1080>;
  • 255 xlnx,pixel-format = "bgr888";
  • 256 };
  • 257 };

amba_pl配置的是HDMI的驱动,如果显示设备是LCD液晶屏,则需要将amba_pl修改成如下的内容:

  • &amba_pl {
  • xlnx_vdma_lcd {
  • compatible = "xilinx,vdmafb";
  • status = "okay";
  • xlnx,vtc = <&v_tc_0>;
  • clocks = <&axi_dynclk_0>;
  • clock-names = "lcd_pclk";
  • dmas = <&axi_vdma_0 0>;
  • dma-names = "lcd_vdma";
  • is-hdmi = <0x0>;
  • rst-gpios = <&gpio0 62 GPIO_ACTIVE_LOW>;
  • bl-gpios = <&gpio0 61 GPIO_ACTIVE_HIGH>;
  • atk,lcd-id = <&axi_gpio_0 0 0 GPIO_ACTIVE_LOW
  • &axi_gpio_0 1 0 GPIO_ACTIVE_LOW
  • &axi_gpio_0 2 0 GPIO_ACTIVE_LOW>;
  • display-timings = <&timing_4x3_480x272
  • &timing_4x3_800x480
  • &timing_7_800x480
  • &timing_7_1024x600
  • &timing_10x1_1280x800>;
  • xlnx,pixel-format = "rgb888";
  • };
  • };

设备树配置内容已经放在我们提供的例程源码当中,路径为:“领航者ZYNQ开发板资料盘(A盘)\4_SourceCode\ZYNQ_7020\3_Embedded_Linux\zynq_petalinux\2_linux_hdmi\software\petalinux\project-spec\meta-user\recipes-bsp\device-tree\files\system-user.dtsi”,可以打开这个文件将里面的内容拷贝到这个文件中,默认提供的是HDMI的驱动配置,LCD的驱动配置需要自行替换该文件中amba_pl的内容。
配置完了设备树之后,就是编译Petalinux工程了。
9.5编译Petalinux工程
现在我们编译整个Petalinux工程,在终端输入如下命令:

  • petalinux-build

执行结果如下图所示:



图 20.5.1 编译整个Petalinux工程

9.6制作BOOT.BIN启动文件并复制到SD卡
使用下面命令生成 BOOT文件:

  • petalinux-package --boot --fsbl ./images/linux/zynq_fsbl.elf --fpga --u-boot --force

执行结果如下图所示:



图 20.6.1 生成 BOOT文件

生成BOOT文件后,我们插入SD卡,将该工程image/linux目录下的BOOT.BIN和image.ub文件拷贝到名为BOOT的分区也即/dev/sdc1分区中,如下图所示:



图 20.6.2 拷贝启动镜像到第一个分区

本实验只需要这两个文件即可,现在可以卸载SD卡了。
9.7在开发板上启动Linux
将SD卡插入领航者开发板的SD卡槽(卡槽位于开发板背面),然后使用Mini USB连接线将开发板左侧的USB_UART接口与电脑连接,用于串口通信。接下来将领航者底板上的启动模式开关设置为从SD卡启动。最后连接开发板的电源线,并打开电源开关
HDMI显示器显示的内容如下图所示:



图 20.7.1 HDMI显示器显示结果

此时如果在领航者开发板上插入键盘,就可以登录了,登录的用户名为:root,密码为:root。此处我们就不演示了。至此我们完成了Linux显示设备的驱动。


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