作者：MacMahon Stephen
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。
我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。我使用的是 ZCU104 开发板，但此处流程应该是普遍适用的。
请参阅此处，获取有关 Vivado 2020.1 中的嵌入式流程的更多信息。
为 PetaLinux 工程添加 Python 支持
- petalinux-create -t project --template zynqMP -n linux_image
- cd <plnx proj>
- petalinux-config --get-hw-description=<path to XSA>
- DTG Settings -> (zcu104-revc) MACHINE_NAME
- （请访问此处链接，获取受支持的开发板 .dtsi 文件的完整列表）
- petalinux-config -c kernel
- kernel hacking → [] Filter access to /dev/mem
- petalinux-config -c rootfs
- Filesystem Packages → devel →python
- python-mmap
- python-shell
- python-io
- python-distutils
- python-pydoc
- Filesystem Packages → devel →python-numpy → [*] python-numpy
- Filesystem Packages → devel →python
- petalinux-build
- cd images/linux
- petalinux-package --boot --fpga system.bit --u-boot
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：
f = os.open("/dev/mem", os.O_RDWR | os.O_SYNC)
mem = mmap.mmap(f, mmap.PAGESIZE, mmap.MAP_SHARED, mmap.PROT_READ | mmap.PROT_WRITE,offset=addr & ~MAP_MASK)
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：
使用该程序包来执行读写：
import mypackages.myutils as util
xx = util.read(0xff0e0000)
print(hex(xx))
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：
import mypackages.myutils as util
import time
import sys
def toggle_leds():
util.write(0x80000000, 0x0)
while True:
for x in range(0, 8):
util.write(0x80000000, x)
time.sleep(1)
if __name__ == '__main__':
sys.exit(toggle_leds())
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：
import mypackages.myutils as util
#GEM 地址、物理地址、偏移
xx = util.read_mdio(0xff0e0034, 0x0c, 0x00000000)
print(xx)
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：
import mypackages.myutils as util
xx = util.get_phy_addr(0xff0e0034)
print(xx)
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：
import mypackages.myutils as util
xx = util.mii_dump()
读取设备树节点：
我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：
import mypackages.myutils as util
xx = util.get_ip('all_ip')
print(xx)
我们还可以筛选此搜索，查找设备树中已启用的所有 GEM：
import mypackages.myutils as util
xx = util.get_ip('ethernet', status='okay')
print(xx)
用户还可以仅搜索状态设置为“okay”的所有器件节点：
import mypackages.myutils as util
xx = util.get_ip(status='okay')
print(xx)
