【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

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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_SourceCodeZYNQ_70203_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 https://gitee.com/greatdream/linux.git 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_SourceCodeZYNQ_70203_Embedded_Linuxzynq_petalinux2_linux_hdmisoftwarepetalinuxproject-specmeta-userrecipes-bspdevice-treefilessystem-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 --f***l ./images/linux/zynq_f***l.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。