Zynq PL中断在Linux上的应用 (zynq pl 中断 linux)

随着嵌入式设备的广泛应用，SoC（System on Chip）已成为嵌入式系统中的重要组成部分。Xilinx Zynq系列是当前业界最为出色的SoC设计，该系列利用FPGA的可重构性和ARM的处理器内核，为设计人员提供了一个高度可定制化的解决方案。

Zynq SoC在嵌入式系统中的主要应用是作为处理器子系统的扩展，可用于实现高效的数据处理，通信、控制、安全等功能。其中，PL（Programmable Logic，可编程逻辑）部分扮演着重要的角色，可通过编程将其定制为不同的硬件设备和接口，以满足各种应用需求。

本文将重点介绍Zynq PL中断在Linux中的应用，并探讨其实现方法和技术难点。

一、Linux中断机制简介

在Linux系统中，中断机制是实现各种硬件设备和外设与系统的交互的重要手段。中断是指硬件设备向系统发出的异步事件通知，例如按键按下、定时器超时等。当硬件设备触发中断时，系统将中断事件通知到相应的中断处理程序中进行处理。中断处理程序会暂时中止当前正在执行的任务，执行中断处理程序，处理完中断后，继续执行之前的任务。

对于大多数外设，如定时器、串口等，中断处理程序的编写是必须的。在Linux内核中，中断处理程序是通过IRQ（Interrupt ReQuest）机制来注册的。IRQ号是中断号的一个别名，主要用于将中断响应程序绑定到特定的硬件中断等操作。IRQ号可以在启动时从设备树中获取，也可以通过内核API（Application Programming Interface）动态分配。

二、Zynq中断架构

Zynq SoC的PL部分是一个FPGA芯片，可重新编程以满足不同的硬件需求。在Zynq SoC中，PL通过PS（Processing System，处理器系统）接口与处理器核之间进行数据交换。其中，PL端与PS端的中断处理非常重要。

PL中断可以由多种外设触发，例如GPIO（General Purpose Input Output）、SPI（Serial Peripheral Interface）、I2C（Inter-Integrated Circuit）等，处理器核可以通过访问中断控制器来注册和注销PL中断，使用相应的中断处理程序响应外设中断。

在Zynq SoC中，处理器核和可编程逻辑之间的中断交互涉及到两个主要的IP（Intellectual Property）核心，MSC（Muli-standard Communication Co-processor）和AXI（Advanced eXtensible Interface）Interrupt Controller。MSC是一个可编程逻辑收发器，可用于支持高速通信协议，例如PCI Express、SATA等，AXI Interrupt Controller则是管理PL外设中断的核心。

MSC中断响应：

当MSC接收到一个来自PL外设的中断请求时，它会将该请求转发给AXI Interrupt Controller，该控制器将处理器核分配给与中断请求相关联的中断服务程序。在中断服务程序执行期间，AXI Interrupt Controller将暂停来自PL的外设的中断请求，以保证中断服务程序能够在执行期间访问系统资源。中断处理程序完成后，AXI Interrupt Controller将恢复来自PL外设的中断请求。

AXI Interrupt Controller：

AXI Interrupt Controller通过AXI总线连接到PS和PL之间的连接器，用于实现中断请求的仲裁和分配，以及中断优先级的管理。该控制器可以为每个外设分配一个唯一的中断号，以避免中断信号冲突。此外，AXI Interrupt Controller还支持动态中断控制，可以在运行时添加和删除中断服务程序。

三、Zynq PL中断在Linux中的应用

在Linux系统中，PL中断处理程序可以快速响应硬件事件，以提高系统的响应性和工作效率。在Zynq SoC中，通过AXI Interrupt Controller可以为PL外设分配唯一的中断号，方便编程人员编写中断处理程序。

在使用PL中断时，需要在设备树中添加相应的中断控制器，例如AXI Interrupt Controller，以及与之对应的中断路径。中断路径由设备的名称和中断号构成。当中断请求产生时，系统将从设备树中获取相应的中断路径和号码，并将它们传递给中断处理程序。

使用中断的另一个优点是增强了系统的可靠性和稳定性。由于中断机制能够快速响应硬件事件，防止系统出现死锁和资源占用。因此，开发人员应该根据具体应用需求合理地设计和管理中断，以提高系统的可靠性和稳定性。

四、小结

Zynq SoC作为更先进的SoC方案，为嵌入式系统带来了很多创新。使用PL中断可以提高系统的响应性和工作效率，同时也增强了嵌入式系统的可靠性和稳定性。本文介绍了Zynq PL中断在Linux中的应用，以及在实现中需注意的技术难点。希望本文能对有志于从事嵌入式系统设计和开发的人员有所帮助。