DMA在linux下PS端c语言相关内容

古城微笑少年丶 2022-05-22 09:51 151阅读 0赞

**背景：**

片上单片机与PC通过UART相连并且可以通过PC对片上单片机进行相应的指令操作。

片上单片机可以运行相应编译好的c程序，控制相应的IPcore从而用FPGA上的IPcore进行相应的运算。

相关c源码通过编译可以变为可执行文件拷入u盘，然后片上单片机可以通过挂载u盘执行可执行文件。

**目的：**

读懂程序。程序的目的为：单片机运行简单的卷积操作，单片机控制的IPcore也运行卷积操作，然后两个卷积操作结果数据之间进行对比。结果相同则表示运行无误，输出相应的结果。

**目录**

生成卷积IPcore时c语言相关内容

1.关于主函数的参数

2.关于文件的操作

3.memcmp函数

4.atoi函数

5.memset

6.函数与IPcore通信的核心语句

6.1 打开DMA通信

6.2 单片机向IPcore写数据

6.3 单片机从IPcore读数据

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与之对应的IPcore内容：[生成卷积IPcore时c语言相关内容][IPcore_c]

PS端代码：

#include <stdio.h>
    #include <fcntl.h>
    #include <string.h>
    #include <stdlib.h>
    #include <sys/time.h>
    
    unsigned long tStart, tEnd;
    unsigned long data;
    
    float buf_in[27*600] = {};
    float buf_out[float buf_out[16*600] = {};
    float weights[16*27] = {};
    
    unsigned long getTime(){
    	struct timeval temp;
    
    	gettimeofday(&temp, NULL);
    
    	return temp.tv_sec * 1000 * 1000 + temp.tv_usec;
    }
    
    void report(char *msg, unsigned long data, unsigned long time, unsigned long dmaUsed){
    	printf("%s\t%ld\t%ld\t%f\t%d\n", msg, data, time, data * 1.0 / time, dmaUsed);
    	FILE *f = fopen("report.dat", "a");
    	fprintf(f, "%s\t%ld\t%ld\t%f\t%d\n", msg, data, time, data * 1.0 / time, dmaUsed);
    	fclose(f);
    }
    
    #define REPORT(f, timeStart, timeEnd, dataPtr, msg, dmaUsed) *timeStart = getTime(); *dataPtr = f; *timeEnd = getTime(); report(msg, *dataPtr, *timeEnd - *timeStart, dmaUsed);
    
    void checkData(float *bufferIn, float *bufferOut, unsigned int elems){
        int i;
        for (i = 0; i < elems; i++) {
            if (bufferIn[i] != bufferOut[i])
                    printf("[%d] %f->%f\n", i, bufferIn[i], bufferOut[i]);
        }
    
    }
    
    unsigned long memCpy_ARM(char *bufferIn, char *bufferOut, unsigned long elems, size_t size){
    	int i;
    
    	for(i=0; i<elems; i++)
    		bufferOut[i] = bufferIn[i];
    
    	return elems * size;
    }
    
    #define WRITE_LEN  16632*4
    #define READ_LEN   9600*4 
    unsigned long memCpy_DMA(char *bufferIn, char *bufferOut, unsigned long elems, size_t size, int dmaToUse){
    
    #define FIFO_LEN 512*1024
    #define DMA_NUM 1
    
    	int fd;
    	int ret;
    
    	fd = open("/dev/axi-dma1", O_RDWR);
    	if (fd < 0) {
    		printf("open axi-dma1 failed!\n");
    		return 1;
    	}
    	
    	unsigned long byteMoved = 0;
    	unsigned long byteToMove = 0;
    
    	int i;
    
    	while(byteMoved!=size * elems){
    		byteToMove = size * elems - byteMoved > FIFO_LEN ? FIFO_LEN : size * elems - byteMoved;
    
    		ret = write(fd, &bufferIn[byteMoved], byteToMove);
    		if (ret != byteToMove)
    			printf("write DMA error %d!\n", ret); 
    		else
    			printf("write DMA %d\n", ret);
    
    		byteMoved += byteToMove;
    	}
    	printf("Write Total %d\n", byteMoved);
    
    	byteMoved = 0;
    	while(byteMoved!=READ_LEN){
                    byteToMove = READ_LEN - byteMoved > FIFO_LEN ? FIFO_LEN : READ_LEN - byteMoved;
    		ret = read(fd, &bufferOut[byteMoved], byteToMove);
    		if (ret != byteToMove)
    			printf("read DMA error %d\n", ret);
    		else
    			printf("read DMA %d\n", ret);
    		byteMoved += byteToMove;
    	}
    	printf("Read Total %d\n", byteMoved);
    			
    	close(fd);
    
    	return elems * size * dmaToUse;
    }
    
    void cnn_simulate(float *in, float *out)
    {
    	float *bufferIn, *bufferOut;
    	int i, j, k;
    	float result, temp;
    
    	bufferIn = (float *) malloc(4*27*600);
    	bufferOut = (float *) malloc(4*16*600);
    
    	for (i = 0; i < 27*600; i++)
    		bufferIn[i] = in[i];
    
    	for (i = 0; i < 16; i++)
    	{
    		for (j = 0; j < 600; j++)
    		{
    			result = 0;
    			for (k = 0; k < 27; k++) 
    			{
    				temp = weights[i*27+k] * bufferIn[k*600+j];
    				result += temp;
    			}
    			bufferOut[i*600+j] = result;
    		}
    	}
    
    	for (i = 0; i < 16*600; i++)
    		out[i] = bufferOut[i];
    }
    
    int main(int argc, char **argv)
    {
        float *bufferIn, *bufferOut_ARM, *bufferOut_DMA;
        float *weightsIn;
        int fd, ret;
        int size_float = sizeof(float);
    
        if(argc!=3){
        	printf("Usage: ./dmaBench DATA_IN DATA_OUT\n");
        	exit(0);
        }
    
        unsigned long size_in = atoi(argv[1]);
        unsigned long size_out = atoi(argv[2]);
    
        printf("in %d, out %d\n", size_in, size_out);
    
        bufferIn = (float *) malloc(size_float * size_in);
        bufferOut_DMA = (float *) malloc(size_float * size_out);
        bufferOut_ARM = (float *) malloc(size_float * size_out);
    
        int i;
    
        for (i = 0; i < size_in; i++)
            bufferIn[i] = buf_in[i];
    
        cnn_simulate(bufferIn, bufferOut_ARM);
    
        fd = open("/dev/axi-dma1", O_RDWR);
        if (fd < 0) {
    	printf("open axi-dma1 failed!\n");
    	return -1;
        }
    
        //ret = write(fd, (unsigned char *)weightsIn, size_float*27*16);
        //if (ret != size_float*27*16)
        //    printf("import weights failed!\n");
    
        ret = write(fd, (unsigned char *)bufferIn, size_float * size_in);
        if (ret != size_float * size_in)
    	printf("import image data failed %d\n", ret);
        
        ret = read(fd, (unsigned char *)bufferOut_DMA, size_float * size_out);
        if (ret != size_float * size_out)
    	printf("read error %d\n", ret); 
    
        for (i = 0; i < size_out; i++) {
            if (bufferOut_ARM[i] != bufferOut_DMA[i])
    		printf("[%d] %f - > %f\n", i, bufferOut_ARM[i], bufferOut_DMA[i]);
        }
    
        free(bufferIn);
        free(bufferOut_DMA);
        free(bufferOut_ARM);
    	
        return 0;
    }

# **1.关于主函数的参数** #

int main(int argc, char\* argv\[\])

argc是argument count的简称，argv是argument variable的简称，也就是，argc指代参数的个数，argv指代每个参数

*  argv\[0\] 指向程序运行的全路径名
 *  argv\[1\] 指向在DOS命令行中执行程序名后的第一个字符串
 *  argv\[2\] 指向执行程序名后的第二个字符串
 *  argv\[argc\]为NULL。

例如：输入"test c:/testPic/01.jpg"，就是在启动test.exe程序的同时，给该程序指定一个额外的参数“c:/testPic/01.jpg”。这里，argc也就是参数的个数，就是2个，test为第一个参数，空格之后的“c:/testPic/01.jpg”是第二个参数，换句话说，argc=2, argv\[0\]="test",argv\[1\]="c:/testPic/01.jpg"。

针对本程序，我们的输入就是 <program name>  inSize  outSize

# **2.关于文件的操作** #

**getc** 从文件中读取字符 getc（fp），fp为文件指针

**gets** 从缓冲区中读取字符串

**fopen与open的区别**，\`fopen\`是C标准函数，因此拥有良好的移植性；而\`open\`是UNIX系统调用，移植性有限。open返回文件描述符，而文件描述符是UNIX系统下的一个重要概念，UNIX下的一切设备都是以文件的形式操作。

所以fd = open("/dev/axi-dma1", O\_RDWR); 就是以打开方式进行相应的AXI总线与DMA操作。

**wirte 函数**  ssize\_t write(int fd, const void \*buf, size\_t nbyte);

fd：[文件描述符][Link 1]；

buf：指定的缓冲区，即[指针][Link 2]，指向一段内存单元；

nbyte：要写入文件指定的字节数；

返回值：写入文档的字节数（成功）；-1（出错）

write函数把buf中nbyte写入文件描述符handle所指的文档，成功时返回写的字节数，错误时返回-1.

**read函数**  ssize\_t read(int fd, void \*buf, size\_t count);

read()会把参数fd所指的文件传送nbyte个字节到buf[指针][Link 2]所指的内存中。若参数nbyte为0，则read()不会有作用并返回0。返回值为实际读取到的字节数，如果返回0，表示已到达文件尾或无可读取的数据。错误返回-1,

# **3.memcmp函数** #

memcmp是比较[内存][Link 3]区域buf1和buf2的前count个字节。该[函数][Link 4]是按[字节][Link 5]比较的。

当buf1<buf2时，返回值小于0

当buf1==buf2时，返回值=0

当buf1>buf2时，返回值大于0

# **4.atoi函数** #

C 库函数 int atoi(const char \*str) 把参数 str 所指向的字符串转换为一个整数（类型为 int 型）。该函数返回转换后的长整数，如果没有执行有效的转换，则返回零。

unsigned long size_in = atoi(argv[1]);
        unsigned long size_out = atoi(argv[2]);

根据主函数中此段程序，我们知道了输入的第一个参数为函数名，第二个参数为输入的size，第三个参数为输出的size。

# **5.memset** #

void *memset(void *s, int ch, size_t n);

函数解释：将s中当前位置后面的n个字节 （typedef unsigned int size\_t ）用 ch 替换并返回 s 。

memset：作用是在一段内存块中填充某个给定的值，它是对较大的[结构体][Link 6]或[数组][Link 7]进行清零操作的一种最快方法

# **6.函数与IPcore通信的核心语句** #

## **6.1 打开DMA通信** ##

fd = open("/dev/axi-dma1", O_RDWR);
        if (fd < 0) {
        printf("Open axi-dma1 failed!\n");
        return -1;    }

打开与DMA之间的通信，也就是单片机与IPcore之间的通信。

## **6.2 单片机向IPcore写数据** ##

ret = write(fd, (unsigned char *)bufferIn, size_float * size_in);
        if (ret != size_float * size_in)
        printf("write image data from bufferIn to DMA failed %d\n", ret);

单片机向IPcore写数据，把bufferIn中的数据通过之前open的fd写入size\_float \* size\_in个字节的数据。若写入不成功返回-1，写入成功，返回写入的字节数。

## **6.3 单片机从IPcore读数据** ##

ret = read(fd, (unsigned char *)bufferOut_DMA, size_float * size_out);
        if (ret != size_float * size_out)
        printf("read from DMA to bufferOut_DMA failed %d\n", ret);

单片机从IPcore读数据，IPcore中传出的数据通过之前open的fd读入size\_float \* size\_out个字节的数据，存入bufferOut\_DMA。若读入不成功返回-1，若读成功，返回读入的字节数。

**所以程序就是运用open来打开dma的通信，然后用read和write来进行单片机对IP core的读和写。**

[IPcore_c]: https://blog.csdn.net/weixin_36474809/article/details/80816091
[Link 1]: https://baike.baidu.com/item/%E6%96%87%E4%BB%B6%E6%8F%8F%E8%BF%B0%E7%AC%A6
[Link 2]: https://baike.baidu.com/item/%E6%8C%87%E9%92%88
[Link 3]: http://baike.baidu.com/view/1082.htm
[Link 4]: http://baike.baidu.com/view/15061.htm
[Link 5]: http://baike.baidu.com/view/60408.htm
[Link 6]: https://baike.baidu.com/item/%E7%BB%93%E6%9E%84%E4%BD%93
[Link 7]: https://baike.baidu.com/item/%E6%95%B0%E7%BB%84