每个PRU都连接着一个OCP主口，它允许访问linux主机设备对应的内存地址。此功能允许PRU控制通用GPIO的输入和输出状态。PRU可访问Linux主机内存，但是访问速度要慢上好几倍，因为内存访问需要路由到外部的PRU-ICSS，在通过PRU-ICSS接口从/OCP从口接收返回结果。
首先测试用 PRU 通过/OCP主口访问 通用 GPIO 口。
设备树覆盖层如下，用示波器连接beaglebone的GND和P9_11,板子开机发现示波器一直显示的是高电平，如下操作将环境变量写入文件，这样就不用每次开机手动加载环境变量了。 对于通用GPIO口，模式和地址如下查询手册即可。对于增强型GPIO口，0x05表示输出模式，0x26表示输入模式。
__overlay__ {
gpio_pins: pinmux_gpio_pins { // The GPIO pins
pinctrl-single,pins = <
0x070 0x07 // P9_11 MODE7 | OUTPUT | GPIO pull-down
0x074 0x27 // P9_13 MODE7 | INPUT | GPIO pull-down
>;
};
pru_pru_pins: pinmux_pru_pru_pins { // The PRU pin modes
pinctrl-single,pins = <
0x1a4 0x05 // P9_27 pr1_pru0_pru_r30_5, MODE5 | OUTPUT | PRU
0x19c 0x26 // P9_28 pr1_pru0_pru_r31_3, MODE6 | INPUT | PRU
>;
};
};
$ vim ./bashrc
export SLOTS=/sys/devices/bone_capemgr.9/slots
export PINS=/sys/kernel/debug/pinctrl/44e10800.pinmux/pins
$ sudo sh -c "echo EBB-PRU-Example > $SLOTS"
加载好设备树之后，发现示波器上的高电平变成了低电平，说明设备树加载成功。 使用如下主程序测试motor_direction.cpp：
#include <stdio.h>
#include <sys/time.h>
#include <sys/poll.h>
#include <sys/epoll.h>
#include <iostream>
#include "prussdrv.h"
#include <pruss_intc_mapping.h>
#define DELAY_US 4000 // Max. value = 21474836 us
#define TICKS ((DELAY_US / 5) * 1000)
#define PRU_NUM 0
using namespace std;
int main(void)
{
if(getuid()!=0){
printf("必须使用root权限,否则会提示段错误\n");
}
tpruss_intc_initdata pruss_intc_initdata = PRUSS_INTC_INITDATA;
prussdrv_init();
prussdrv_open(PRU_EVTOUT_0);
prussdrv_pruintc_init( &pruss_intc_initdata);
// PRU开始时间
struct timeval start;
gettimeofday(&start,NULL);
prussdrv_exec_program (PRU_NUM, "./motor_direction.bin");
prussdrv_pru_wait_event (PRU_EVTOUT_0);
// pru结束时间
struct timeval end;
gettimeofday(&end,NULL);
double diff;
diff = end.tv_sec -start.tv_sec + (end.tv_usec - start.tv_usec)*0.000001;
cout<< "EBB PRU程序已完成,历时约 "<< diff << "秒！" << endl;
// prussdrv_pru_clear_event (PRU_EVTOUT_0, PRU0_ARM_INTERRUPT);
prussdrv_pru_disable(PRU_NUM);
prussdrv_exit ();
return 0;
} PRU程序如下motor_direction.p：
// 选择gpio0_30和gpio0_31 对应 p9_11(OUT)和p9_13(IN)
.origin 0
.entrypoint ENABLEOCP
#define DELAY_US 4000 // Max. value = 21474836 us
#define TICKS ((DELAY_US / 5) * 1000)
#define PRU0_R31_VEC_VALID 32
#define PRU_EVTOUT_0 3
#define GPIO0 0x44e07000 // GPIO 0 See the AM335x TRM,Table 2.2 Peripheral Map
#define GPIO1 0x4804c000 // GPIO 1
#define GPIO2 0x481ac000 // GPIO 2
#define GPIO3 0x481ae000 // GPIO 3
#define GPIO_CLEARDATA 0x190 // for clearing the GPIO registers, See the TRM section 25.4.1
#define GPIO_DATAOUT 0x194 // for setting the GPIO registers
#define GPIO_DATAIN 0x138 // to read the register data read from GPIO pins
#define GPIO0_30 1<<30 // P9_11 gpio0[30] Output - bit 30
#define GPIO0_31 1<<31 // P9_13 gpio0[31] Input - bit 31
ENABLEOCP:
// c4表示常量表的入口地址4，即ROU_ICSS CFG地址，加上4偏移量就可以访问SYSCFG寄存器
LBCO r0, C4, 4, 4 // load SYSCFG reg into r0 (use c4 const addr) 加载C4地址
CLR r0, r0, 4 // clear bit 4 (STANDBY_INIT) enable OCP master ports
SBCO r0, C4, 4, 4 // store the modified r0 back at the load addr 将处理好的再写回C4
GPIOOUThigh:
// P9_11 为 out,并且一直是高电平(GPIO_DATAOUT)
MOV r1, GPIO0 | GPIO_DATAOUT // 基址 | 偏移地址加载gpio并设置
MOV r2, GPIO0_30 // 将 GPIO0_30 的输出状态写入 r2
SBBO r2, r1, 0, 4 // 将r2的数据写到r1+0 开始的4个字节地址
MOV r0, TICKS
DELAYON:
SUB r0, r0, 1
QBNE DELAYON, r0, 0
GPIOOUTlow:
// P9_11 为 out,并且一直是低电平(GPIO_CLEARDATA)
MOV r1, GPIO0 | GPIO_CLEARDATA // 加载 GPIO 并清除数据
MOV r2, GPIO0_30 // 将 GPIO0_30 的输出状态写入 r2
SBBO r2, r1, 0, 4 // 将r2的数据写到r1+0 开始的4个字节地址
MOV r0, TICKS
DELAYOFF:
SUB r0, r0, 1
QBNE DELAYOFF, r0, 0
//GPIOOUTIN：
// MOV r5, GPIO0 | GPIO_DATAIN // 加载 GPIO 并 检测数据的输入
// LBBO r6, r5, 0, 4 // 加载r5中的数据放到r6中
// QBBC MAINLOOP, r6.t31 // 判断是否置位,也就是如果没有按按钮,则继续MAINLOOP
END:
MOV R31.b0, PRU0_R31_VEC_VALID | PRU_EVTOUT_0
HALT
因为在电机正反转实验当中，我只需要在电机速度大于0 的时候，让电机正传，只需要让特定GPio口持续输出高电平，速度小于0的时候，gpio输出持续输出低电平即可。所以将上述GPIP输入模式注释掉。上述程序事先的功能是让GPIO在TICK次滴答时间内先输出高电平，然后接下来TICKS次滴答时间内输出高电平，然后结束程序。这个切换时间在几毫秒之内，所以想要用电压表可能很难观测的到（增长延时时间则能清楚观测），因为机械臂规划的速度时间间隔在4ms，所以还是使用示波器来观察，调节到Normal模式，执行程序，发现示波器电压根本没有触发。 尝试手动加载GPIO：
root@beaglebone:~# cd /sys/class/gpio/
root@beaglebone:/sys/class/gpio# ls
export gpiochip0 gpiochip32 gpiochip64 gpiochip96 unexport
root@beaglebone:/sys/class/gpio# echo 30 > export
root@beaglebone:/sys/class/gpio# ls
export gpio30 gpiochip0 gpiochip32 gpiochip64 gpiochip96 unexport
root@beaglebone:/sys/class/gpio# cd gpio30
root@beaglebone:/sys/class/gpio/gpio30# ls
active_low direction edge power subsystem uevent value
root@beaglebone:/sys/class/gpio/gpio30# cat direction
in
root@beaglebone:/sys/class/gpio/gpio30# echo out > direction
root@beaglebone:/sys/class/gpio/gpio30# cat value
0
再次执行程序，这次观测到了目标的波形，这说明使用PRU访问gpio也需要先将gpio口写入export。
$ reboot
再次从头开始，这次先加载gpio
$ sudo sh -c "echo EBB-PRU-Example > $SLOTS"
$ sudo sh -c "echo 30 >/sys/class/gpio/export"
$ sudo sh -c "echo out >/sys/class/gpio/gpio30/direction"
$ g++ motor_direction.cpp -o motor_direction -lpthread -lprussdrv
$ pasm -b motor_direction.p
$ sudo ./motor_direction
使用通用型GPIO不仅需要加载设备树，还需要手动写入模式，而且速度相对与增强型GPIO速度要慢上不少。既然都是输出，虽然不过仅仅是高低电平，但是增强型GPIO还是有用武之地的。
现在测试使用PRU内部的增强型GPIO(EGP)。
修改上述设备树覆盖层如下，如果使用的输入输出口比较多，可以参考下面的这些。然后重新编译加载：
pru_pru_pins: pinmux_pru_pru_pins { // The PRU pin modes
pinctrl-single,pins = <
0x190 0x05 // P9_31 pr1_pru0_pru_r30_0, MODE7 | OUTPUT | PRU pr0 out spi sclk
0x194 0x05 // P9_29 pr1_pru0_pru_r30_1, MODE7 | OUTPUT | PRU pr0 out spi MOSI
0x198 0x05 // P9_30 pr1_pru0_pru_r30_2, MODE7 | OUTPUT | PRU pr0 out spi sync
0x19c 0x05 // P9_28 pr1_pru0_pru_r30_3, MODE7 | OUTPUT | PRU pr0 in spi CONV
0x1ac 0x26 // P9_25 pr1_pru0_pru_r31_7, MODE6 | INPUT | PRU pr0 out spi MISO
0x1a4 0x05 // P9_27 pr1_pru0_pru_r30_5, MODE7 | OUTPUT | PRU pr0 in spi sclk
0x1a8 0x26 // P9_41 pr1_pru0_pru_r31_6, MODE6 | INPUT | PRU pr0 in spi MISO
0x1a0 0x3e // P9_42 ... 25 and 27 are mucked up on the switch circuit
0x0a0 0x05 // P8_45 pr1_pru1_pru_r30_0, MODE7 | OUTPUT | PRU pr1 out spi sclk
0x0a4 0x05 // P8_46 pr1_pru1_pru_r30_1, MODE7 | OUTPUT | PRU pr1 out spi MOSI
0x0a8 0x05 // P8_43 pr1_pru1_pru_r30_2, MODE7 | OUTPUT | PRU pr1 out spi sync
0x0ac 0x05 // P8_44 pr1_pru1_pru_r30_3, MODE7 | OUTPUT | PRU pr1 in spi sclk
0x0b8 0x05 // P8_39 pr1_pru1_pru_r30_6, MODE7 | OUTPUT | PRU pr1 in spi CONV
0x0b4 0x26 // P8_42 pr1_pru1_pru_r31_5, MODE6 | INPUT | PRU pr1 in spi MISO
0x0bc 0x26 // P8_40 pr1_pru1_pru_r31_7, MODE6 | INPUT | PRU pr1 out spi MISO
0x0b0 0x26 // P8_41
0x0e0 0x26 // P8_27
>;
测试就暂时使用p9_27和p9_31作为PWM和GPIO方向输出（高电平正转，低电平反转）。
__overlay__ {
gpio_pins: pinmux_gpio_pins { // The GPIO pins
pinctrl-single,pins = <
0x070 0x07 // P9_11 MODE7 | OUTPUT | GPIO pull-down
0x074 0x27 // P9_13 MODE7 | INPUT | GPIO pull-down
>;
};
pru_pru_pins: pinmux_pru_pru_pins { // The PRU pin modes
pinctrl-single,pins = <
0x1a4 0x05 // P9_27 pr1_pru0_pru_r30_5, MODE5 | OUTPUT | PRU
0x190 0x05 // P9_31 pr1_pru0_pru_r30_0, MODE5 | OUTPUT | PRU
>;
};
};
编译成设备树二进制文件
$ dtc -I dts -O dtb -@ EBB-GPIO-Example-00A0.dts >> EBB-GPIO-Example-00A0.dtbo
覆盖设备树
$ sudo cp EBB-GPIO-Example-00A0.dtbo /lib/firmware
反编译成设备树文本
$ dtc -I dts -O dts -@ EBB-GPIO-Example-00A0.dtbo > EBB-GPIO-Example-00A0.dts使用和之前一样的加方式，这里有一点需要注意，编译的二进制文件名称必须是-00A0结尾的，也就是要和设备树的内容保持一致，这样加载才是有效的。用示波器连接beaglebone的GND和P9_31，P9_27,修改程序线程代码用于测试：
void *lumbar_motor(void *)
{
while(1)
{
usleep(1000);
if(v_lumbar.size() == vector_len_)
{
cout<< "插补规划的数组长度: "<< vector_len_<<endl;
// 使用 prussdrv_pruintc_intc 初始化
// PRUSS_INTC_INITDATA 使用的是 pruss_intc_mapping.h头文件
tpruss_intc_initdata pruss_intc_initdata = PRUSS_INTC_INITDATA;
// 分配并初始化内存空间
prussdrv_init ();
prussdrv_open (PRU_EVTOUT_0);
// 映射 PRU 的中断
prussdrv_pruintc_init(&pruss_intc_initdata);
// 存储周期数组,谐波减速器的减速比是50,速度数组的单位是弧度每秒
srand((unsigned int)time(NULL));
// n = K*f = K / T;注意单位!!!
// 周期单位是ns,延迟因子单位是us
// 现在要储存负数了，不能使用unsigned int了，反正范围也不溢出
int lumbar_period[vector_len_];
for (int i=0; i<vector_len_; i++){
// 转换成延时因子
// lumbar_period[i] = int(K / v_lumbar[i] * 0.001); // PRU稳定循环开销1.6u,计算周期的时候需要考虑
//lumbar_period[i] = rand()% 20 - 10;
//if(lumbar_period[i]==0){
// lumbar_period[i] = -10;
//}
lumbar_period[i] = i%2==0?10:-10; // 测试用例，交替更换正负号，方便观察
}
// 映射内存
static void *pru0DataMemory;
static int *pru0DataMemory_int;
prussdrv_map_prumem(PRUSS0_PRU0_DATARAM, &pru0DataMemory);
pru0DataMemory_int = (int *) pru0DataMemory;
// 数据写入PRU内核空间
*(pru0DataMemory_int) = TICKS; //4ms
*(pru0DataMemory_int+1) = vector_len_; //number of samples
for (int i=0; i< vector_len_; i++)
{
*(pru0DataMemory_int+2+i) = lumbar_period[i];
}
// PRU开始时间
struct timeval start;
gettimeofday(&start,NULL);
// 加载并执行 PRU 程序
prussdrv_exec_program (PRU_NUM, "./redwall_arm_client.bin");
// 等待来自pru的事件完成，返回pru 事件号
int n = prussdrv_pru_wait_event (PRU_EVTOUT_0);
// pru结束时间
struct timeval end;
gettimeofday(&end,NULL);
double diff;
diff = end.tv_sec -start.tv_sec + (end.tv_usec - start.tv_usec)*0.000001;
cout<< "EBB PRU程序已完成,历时约 "<< diff << "秒！" << endl;
// 清空数组
p_lumbar.clear();
v_lumbar.clear();
a_lumbar.clear();
time_from_start.clear();
// 初始化数组长度
vector_len_ = -1;
// 禁用pru并关闭内存映射
prussdrv_pru_disable(PRU_NUM);
prussdrv_exit ();
}
}
}
- 考虑到速度的正负，需要将原本的无符号unsigned int 转换成有符号整形 int，它们都是占4个字节的，唯一不同的是无符号在寄存器的表示方式是最高位是0对应正数，最高位为1对应负数，最高位作为符号位会导致最大值范围变小，不过操作过程并不会溢出，所以不考虑了。
- 当速度为负的时候，转换得到的延迟因子也是负，不能通过比较延迟因子和0的大小来判断正负，而是要判断保存延迟因子的二进制数的最高位是0还是1，我通过右移操作实现判断正负。
- 汇编中可以通过获取绝对值或者对二进制表示的负数取反+1得到其相反数。
// PRUSS program to output a simple PWM signal at fixed sample rate (100)
// Output is r30.5 (P9_27) and r30.0 (P9_31)
.origin 0
.entrypoint START
#define PRU0_R31_VEC_VALID 32 // 允许程序完成通知
#define PRU_EVTOUT_0 3 // 发送回的事件号
#define IEP 0x2E000 // IEP使用常量寄存器
START:
// r0 保存数组元素地址, r1 保存滴答数(4ms), r2 保存数组长度
// r3 保存延迟因子, r4 保存占空比50
// r5 保存IEP地址, r6 保存IEP作用地址, r7 保存使能IEP的参数, r8 保存使不能IEP的参数, r9 保存清空操作参数
// r10 临时寄存器,主要用于暂存r3
// r11 保存读取的timer数值,r12用来存储右移的值
MOV r0, 0x00000000
LBBO r1, r0, 0, 4
MOV r0, 0x00000004
LBBO r2, r0, 0, 4 // r2 == 1或者2 说明数组执行完毕
MOV r0, 0x00000008
CONFIGUETIMER:
// GLOBAL_CONFIG 0x1 to enable
// 0x10 to set default increment
// 0x100 to set compensation increment
MOV r5, IEP
LDI r6, 0 // 使不能作用地址
MOV r7, 0x111
MOV r8, 0
LDI r9, 1
SBBO r8,r5,r6,4 // 使不能
LDI r6, 0xC // 清空作用地址
SBBO r9,r5,r6,4 // clear bit
CONFIGUEPWM:
ADD r0, r0, 4 // 跳过第一个速度为0的点
SUB r2, r2, 1 // r2 自减
LBBO r3, r0, 0, 4 // 获取此时速度对应的延迟因子
LSR r12,r3,31 // 对r3中的数进行右移操作，右移31位得到最高位的数值，1为负，0为正
QBGT GPIOHIGH,r12, 1 // r3表示速度为正方向
JMP GPIOLOW
GPIOHIGH: // p9_31 输出高电平
SET r30.t0
JMP TIMERSTART
GPIOLOW: // p9_31 输出低电平
NOT r3,r3 // 取反+1得到负数的相反数
ADD r3,r3,1
CLR r30.t0
TIMERSTART:
sbbo r7,r5,0,4 // 使能IEP并且开始计数
PWMCONTROL:
MOV r4, 50 // 占空比50
SET r30.t5 // 输出引脚 P9_27 high
SIGNAL_HIGH:
MOV r10, r3 // 延迟因子
DELAY_HIGH:
SUB r10, r10, 1
QBNE DELAY_HIGH, r10, 0
SUB r4, r4, 1
QBNE SIGNAL_HIGH, r4, 0
MOV r4, 50 // 占空比50
CLR r30.t5 // 输出引脚 P9_27 low
SIGNAL_LOW:
MOV r10, r3 // 延迟因子
DELAY_LOW:
SUB r10, r10, 1
QBNE DELAY_LOW, r10, 0
SUB r4, r4, 1
QBNE SIGNAL_LOW, r4, 0
DELAYON:
LBBO r11,r5,0xC,4 // 读取timer数值
QBLT PWMCONTROL, r1, r11 // 执行PWMCONTROL, 除非 超时
TIMERSTOP:
SBBO r8,r5,0,4 // 停止计数,并停止IEP
SBBO r8,r5,0xC,4 // 使计数器的数据为0
QBNE CONFIGUEPWM, r2, 2 // r2 == 1或者2 说明数组执行完毕
END:
MOV R31.b0, PRU0_R31_VEC_VALID | PRU_EVTOUT_0
HALT
———————————————-分割线————————————————–
实际ROS规划的路径中，机械臂的某个关节的速度有可能很长一段时间都是0，然后上面的测试方法并没有考虑的速度为0，从而导致延迟因子也变成0的情况，所有对测试代码稍作修改，增加了一个IFSPEEDZERO的label，用于处理速度为0 的情况：
int lumbar_period[vector_len_];
for (int i=0; i<vector_len_; i++){
// 转换成延时因子
// lumbar_period[i] = int(K / v_lumbar[i] * 0.001); // PRU稳定循环开销1.6u,计算周期的时候需要考虑
if(i%10==0)
{
lumbar_period[i] = 0;
}
else
{
lumbar_period[i] = i%2==0?-10:10;
}
}
// PRUSS program to output a simple PWM signal at fixed sample rate (100)
// Output is r30.5 (P9_27) and r30.0 (P9_31)
.origin 0
.entrypoint START
#define PRU0_R31_VEC_VALID 32 // 允许程序完成通知
#define PRU_EVTOUT_0 3 // 发送回的事件号
#define IEP 0x2E000 // IEP使用常量寄存器
START:
// r0 保存数组元素地址, r1 保存滴答数(4ms), r2 保存数组长度
// r3 保存延迟因子, r4 保存占空比50
// r5 保存IEP地址, r6 保存IEP作用地址, r7 保存使能IEP的参数, r8 保存使不能IEP的参数, r9 保存清空操作参数
// r10 临时寄存器,主要用于暂存r3
// r11 保存读取的timer数值,r12用来存储右移的值
MOV r0, 0x00000000
LBBO r1, r0, 0, 4
MOV r0, 0x00000004
LBBO r2, r0, 0, 4 // r2 == 1或者2 说明数组执行完毕
MOV r0, 0x00000008
CONFIGUETIMER:
// GLOBAL_CONFIG 0x1 to enable
// 0x10 to set default increment
// 0x100 to set compensation increment
MOV r5, IEP
LDI r6, 0 // 使不能作用地址
MOV r7, 0x111
MOV r8, 0
LDI r9, 1
SBBO r8,r5,r6,4 // 使不能
LDI r6, 0xC // 清空作用地址
SBBO r9,r5,r6,4 // clear bit
CONFIGUEPWM:
ADD r0, r0, 4 // 跳过第一个速度为0的点
SUB r2, r2, 1 // r2 自减
LBBO r3, r0, 0, 4 // 获取此时速度对应的延迟因子
QBEQ IFSPEEDZERO, r3, 0 // 判断r3是否为0
LSR r12,r3,31
QBGT GPIOHIGH,r12, 1 // r3表示速度为正方向
JMP GPIOLOW
IFSPEEDZERO:
SBBO r7,r5,0,4 // 使能IEP并且开始计数
LBBO r11,r5,0xC,4 // 读取timer数值
QBLT IFSPEEDZERO, r1, r11 // 执行IFSPEEDZERO, 除非 超时
SBBO r8,r5,0,4 // 停止计数,并停止IEP
SBBO r8,r5,0xC,4 // 使计数器的数据为0
QBNE CONFIGUEPWM, r2, 2 // 下一个点
JMP END // 如果数据执行完毕了,直接跳转到结束
GPIOHIGH:
SET r30.t0
JMP TIMERSTART
GPIOLOW:
NOT r3,r3
ADD r3,r3,1
CLR r30.t0
TIMERSTART:
SBBO r7,r5,0,4 // 使能IEP并且开始计数
PWMCONTROL:
MOV r4, 50 // 占空比50
SET r30.t5 // 输出引脚 P9_27 high
SIGNAL_HIGH:
MOV r10, r3 // 延迟因子
DELAY_HIGH:
SUB r10, r10, 1
QBNE DELAY_HIGH, r10, 0
SUB r4, r4, 1
QBNE SIGNAL_HIGH, r4, 0
MOV r4, 50 // 占空比50
CLR r30.t5 // 输出引脚 P9_27 low
SIGNAL_LOW:
MOV r10, r3 // 延迟因子
DELAY_LOW:
SUB r10, r10, 1
QBNE DELAY_LOW, r10, 0
SUB r4, r4, 1
QBNE SIGNAL_LOW, r4, 0
DELAYON:
LBBO r11,r5,0xC,4 // 读取timer数值
QBLT PWMCONTROL, r1, r11 // 执行PWMCONTROL, 除非 超时
TIMERSTOP:
SBBO r8,r5,0,4 // 停止计数,并停止IEP
SBBO r8,r5,0xC,4 // 使计数器的数据为0
QBNE CONFIGUEPWM, r2, 2 // r2 == 1或者2 说明数组执行完毕
END:
MOV R31.b0, PRU0_R31_VEC_VALID | PRU_EVTOUT_0
HALT
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