簡介
SPI（Serial Peripheral Interface）是一種廣泛使用的串行通信協議，常用于微控制器（MCU）與外圍設備（如傳感器、顯示屏、存儲器等）之間的通信。SPI具有全雙工傳輸、主從結構和較高的傳輸速率，因此在嵌入式系統中得到廣泛應用。
本篇文章將介紹如何通過Xilinx MPSoC（多處理系統芯片）平臺，通過PL（可編程邏輯）端掛載SPI全彩TFT屏幕并在PS（處理系統）端進行驅動。我們將依次講解如何通過Vivado進行FPGA搭建、裸機程序調試、以及Linux系統下TFT屏幕的驅動開發。
第一部分：FPGA搭建
使用Vivado進行FPGA設計
Vivado是Xilinx公司提供的集成開發環境（IDE），用于設計和調試FPGA系統。首先，我們需要在Vivado中搭建SPI接口，并配置GPIO進行TFT顯示屏的控制。
- 創建新的Vivado項目并選擇適合的Xilinx MPSoC開發板（如ZCU102等）。
- 在Vivado中添加SPI接口模塊，選擇合適的SPI協議設置（如模式0等）。
- 使用GPIO控制TFT屏幕的信號線，如背光控制、數據/命令選擇等。
- 配置SPI接口和GPIO模塊的連接，并生成XSA（Xilinx System Archive）文件。
- XSA文件包含了FPGA設計的位流、硬件描述信息等，接下來可以在Vitis中加載此文件進行裸機程序開發。
生成XSA文件
- 配置好硬件設計后，生成位流文件，并將其導出為XSA文件，準備在Vitis中使用。
第二部分：裸機程序開發與調試
Vitis開發環境配置
- 在Vitis中創建一個新的應用程序項目，并選擇“XSA文件”作為硬件平臺。
- 根據屏幕的硬件說明文檔，編寫初始化SPI接口的程序，并通過GPIO控制TFT屏幕的信號（如復位、背光等）。
- 在裸機程序中實現SPI總線的初始化，配置SPI時鐘、數據傳輸方式等。
- 接下來，我們需要進行屏幕初始化操作，這可能包括設置分辨率、顏色格式（例如RGB565格式）和其他顯示參數。
裸機程序調試
- 編寫簡單的圖像輸出測試程序，例如輸出紅色、綠色和藍色的全屏顯示，以驗證屏幕連接是否正確。
- 調試過程中，確保SPI傳輸的時序正確，GPIO控制信號無誤。
- 完成調試后，能夠通過裸機程序控制SPI屏幕顯示全色彩圖像，即可證明硬件和軟件環境搭建完成。
- 測試效果圖：
第三部分：Linux系統下的驅動開發
PetaLinux環境搭建
- PetaLinux是Xilinx提供的Linux開發環境，用于在FPGA和嵌入式系統中運行Linux操作系統。
- 使用PetaLinux創建Linux系統，選擇適合的硬件平臺，并在系統中添加SPI和GPIO的支持。
Linux內核驅動編寫
- TFT屏幕的顯示通常使用DRM（Direct Rendering Manager）框架。我們需要為TFT屏幕編寫一個DRM驅動程序，使得系統能夠識別并控制顯示屏。
- 在Linux內核中，編寫TFT屏幕的初始化代碼和顯卡驅動，使其能夠識別為一個顯示設備。
- 由于屏幕采用RGB565格式（16位），我們需要在驅動程序中配置圖像輸出格式，并確保圖像數據與屏幕的色彩格式兼容。
生成DRM顯卡
- 在內核中編寫完驅動程序后，生成DRM顯卡，并進行/dev/fbX設備的測試。
- 通過命令行測試，使用以下命令將RGB圖像數據輸出到TFT屏幕：cat image.rgb > /dev/fbX?
調試圖如下：
調試與優化
- 如果圖像輸出不正常，檢查驅動程序中的時序、顏色格式和內存管理等部分。
- 使用調試工具（如dmesg）檢查內核日志，確保沒有硬件或驅動相關的錯誤。
- 對內核驅動程序進行優化，確保在Linux環境下能夠穩定運行。
總結
通過Xilinx MPSoC平臺搭建SPI接口與TFT全彩屏幕的驅動系統，需要在硬件設計、裸機程序、以及Linux系統驅動之間進行協作。通過Vivado設計SPI接口和GPIO控制，并通過Vitis進行裸機調試，確保硬件連接無誤。最終，通過PetaLinux環境和DRM框架開發Linux內核驅動，使得系統能夠通過/dev/fbX進行顯示輸出。
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