ZYNQ - 以太网远程更新SD卡应用程序

news2024/11/20 7:05:16

写在前面

对于ZYNQ系列的板卡固化，可以通过JTAG接口，使用SDK固化到FLASH中，或者可将SD卡取出将SD卡中保存的固化工程进行修改，但在很多情况下，离线更新会很不方便，本文借鉴网上常见的远程更新QSPI FLASH的相关示例，对表贴式SD卡的应用程序进行了在线更新的操作适配，便于ZYNQ设备进行远程更新保存在表贴式SD卡中的固化程序。

传统SD卡与表贴SD卡区别

对于传统SD卡，直接将SD卡取出，使用读卡器进行脱机更新很方便，但是由于SD卡插拔时容易损坏，对于一些需要SD卡设备，但需要高可靠性的应用场景，使用传统的SD卡托很容易造成卡托和TF卡的脱落，很难保持SD卡长时间的稳定读取。

相比传统的SD卡，使用表贴式的SD卡，将会增加系统的可靠性和稳定性，这里硬件方案选择雷龙公司的NAND Flash（贴片式TF卡）CSNP4GCR01-AMW，产品说明如下：

产品说明

相比传统的SD卡，表贴式SD卡除了保留了SD卡大容量容易读写操作的特点外，在PCB板上的占用面积也相比传统表贴卡托的面积要小。对传统的SD卡的电路设计可实现快速替代。

程序简述说明

程序大体框架借鉴了正点原子的远程更新的例程架构，只对更新QSPI的部分进行改写替换，替换成对SD卡的固化程序进行更新的相关代码。本文使用的板卡为PYNQ-Z2，这里只是为了验证表贴SD卡的功能，使用转接板对传统的SD卡进行了替代。相关样片和转接板样品可在雷龙公司官网进行申请试用。

大致实现功能为：用 LWIP 协议栈的 tcp 协议实现远程更新 表贴SD卡的功能，当输入“ update”命令时更新 SD卡并反馈信息，当输入“ clear”命令时之前传输的数据无效。

硬件平台搭建

新建工程，创建 block design。添加ZYNQ7 IP，对zynq进行初始化配置，对应板卡配置勾选SD，UART以及ENET资源，

配置ZYNQ核

如使用相同型号的板卡，可设置该部分为相同配置。

配置引脚

勾选DDR，并设置为PYNQZ2板卡的DDR的信息，

配置DDR

取消勾选多余资源，点击OK，完成硬件设计。如下图：

硬件设计

然后我们进行generate output product 然后生成HDL封装。这里没有进行使用PL资源，也不需要进行综合布局，在导出硬件时也不用包含bit流文件。

导出硬件

SDK软件部分

打开SDK后，新建application project，这里为了方便lwip设置，可选用使用lwip的相关模板，这里选择lwip tcp回环测试模板，保存新建工程。

新建工程

选中新建好的工程，选择右击选中设置板载支持包，除了勾选lwip的板级支持包外，还需勾选sd卡需要的文件模式支持包。

修改板级支持包

点击standalone下的xilffs，可以对文件系统进行配置，这里可以使能长文件名有效，改变勾选为true。

修改板级支持包

保留模板例程的中的platform配置文件，删除其余文件。

保留platform配置文件

修改main.c文件

修改main.c文件为如下：

#include <stdio.h>
#include "xparameters.h"
#include "netif/xadapter.h"
#include "platform.h"
#include "platform_config.h"
#include "lwipopts.h"
#include "xil_printf.h"
#include "sleep.h"
#include "lwip/priv/tcp_priv.h"
#include "lwip/init.h"
#include "lwip/inet.h"

#if LWIP_IPV6==1
#include "lwip/ip6_addr.h"
#include "lwip/ip6.h"
#else

#if LWIP_DHCP==1
#include "lwip/dhcp.h"
extern volatile int dhcp_timoutcntr;
#endif
#define DEFAULT_IP_ADDRESS  "192.168.1.10"
#define DEFAULT_IP_MASK     "255.255.255.0"
#define DEFAULT_GW_ADDRESS  "192.168.1.1"
#endif /* LWIP_IPV6 */

extern volatile int TcpFastTmrFlag;
extern volatile int TcpSlowTmrFlag;

void platform_enable_interrupts(void);
void start_application(void);
void print_app_header(void);
int transfer_data();

struct netif server_netif;

#if LWIP_IPV6==1
static void print_ipv6(char *msg, ip_addr_t *ip)
{
    print(msg);
    xil_printf(" %s\n\r", inet6_ntoa(*ip));
}
#else
static void print_ip(char *msg, ip_addr_t *ip)
{
    print(msg);
    xil_printf("%d.%d.%d.%d\r\n", ip4_addr1(ip), ip4_addr2(ip),
            ip4_addr3(ip), ip4_addr4(ip));
}

static void print_ip_settings(ip_addr_t *ip, ip_addr_t *mask, ip_addr_t *gw)
{
    print_ip("Board IP:       ", ip);
    print_ip("Netmask :       ", mask);
    print_ip("Gateway :       ", gw);
}

static void assign_default_ip(ip_addr_t *ip, ip_addr_t *mask, ip_addr_t *gw)
{
    int err;

    xil_printf("Configuring default IP %s \r\n", DEFAULT_IP_ADDRESS);

    err = inet_aton(DEFAULT_IP_ADDRESS, ip);
    if (!err)
        xil_printf("Invalid default IP address: %d\r\n", err);

    err = inet_aton(DEFAULT_IP_MASK, mask);
    if (!err)
        xil_printf("Invalid default IP MASK: %d\r\n", err);

    err = inet_aton(DEFAULT_GW_ADDRESS, gw);
    if (!err)
        xil_printf("Invalid default gateway address: %d\r\n", err);
}
#endif /* LWIP_IPV6 */

int main(void)
{
    struct netif *netif;

    //设置开发板的MAC地址
    unsigned char mac_ethernet_address[] = {
        0x00, 0x0a, 0x35, 0x00, 0x01, 0x02 };

    netif = &server_netif;

    init_platform();

    print_app_header();

    //初始化lwIP
    lwip_init();

    //将网络接口添加到netif，并将其设置为默认值
    if (!xemac_add(netif, NULL, NULL, NULL, mac_ethernet_address,
                PLATFORM_EMAC_BASEADDR)) {
        xil_printf("Error adding N/W interface\r\n");
        return -1;
    }

#if LWIP_IPV6==1
    netif->ip6_autoconfig_enabled = 1;
    netif_create_ip6_linklocal_address(netif, 1);
    netif_ip6_addr_set_state(netif, 0, IP6_ADDR_VALID);
    print_ipv6("\n\rlink local IPv6 address is:", &netif->ip6_addr[0]);
#endif /* LWIP_IPV6 */

    netif_set_default(netif);

    //使能中断
    platform_enable_interrupts();

    //指定网络是否已启动
    netif_set_up(netif);

#if (LWIP_IPV6==0)
#if (LWIP_DHCP==1)
    //创建新的DHCP客户端
    dhcp_start(netif);
    dhcp_timoutcntr = 2;
    while (((netif->ip_addr.addr) == 0) && (dhcp_timoutcntr > 0))
        xemacif_input(netif);

    if (dhcp_timoutcntr <= 0) {
        if ((netif->ip_addr.addr) == 0) {
            xil_printf("ERROR: DHCP request timed out\r\n");
            assign_default_ip(&(netif->ip_addr),
                    &(netif->netmask), &(netif->gw));
        }
    }

#else
    assign_default_ip(&(netif->ip_addr), &(netif->netmask), &(netif->gw));
#endif
    print_ip_settings(&(netif->ip_addr), &(netif->netmask), &(netif->gw));
#endif /* LWIP_IPV6 */

    //启动应用程序
    start_application();

    while (1) {
        if (TcpFastTmrFlag) {
            tcp_fasttmr();
            TcpFastTmrFlag = 0;
        }
        if (TcpSlowTmrFlag) {
            tcp_slowtmr();
            TcpSlowTmrFlag = 0;
        }
        xemacif_input(netif);
        transfer_data();
    }

    cleanup_platform();

    return 0;
}

添加remote_update.h文件

#ifndef REMOTE_UPDATE_H_
#define REMOTE_UPDATE_H_

#include "xparameters.h"
#include "xtime_l.h"
#include "xstatus.h"
#include <stdio.h>

//服务器端口
#define SER_PORT            5678
//接收的最大文件大小16MB
#define MAX_FLASH_LEN       16*1024*1024

void sent_msg(const char *msg);

#endif

添加remote_update.c文件

#include "remote_update.h"
#include "xparameters.h"
#include "ff.h"
#include "string.h"
#include <stdio.h>
#include "lwip/err.h"
#include "lwip/tcp.h"
#include "xil_printf.h"

u8 start_update_flag = 0;
u8 rxbuffer[MAX_FLASH_LEN];
u32 total_bytes = 0;
#define FILE_NAME "BOOT.bin"
struct tcp_pcb *c_pcb;
FATFS fs;
void print_app_header()
{
    xil_printf("-----SD remote update demo------\n");
}
//挂载sd卡
void sd_mount(){

	FRESULT status;
	BYTE work[FF_MAX_SS];
	//挂载sd卡，注册文件系统对象
	status=f_mount(&fs,"",1);
	if(status != FR_OK){
		printf("%d\n",status);
		printf("It isn't FAT format\n");
		f_mkfs("",FM_FAT32,0,work,sizeof work);
		f_mount(&fs,"",1);
	}
}
//写数据
void sd_write_data(u8 wr_dat[], u32 wr_len){
	FIL fil;
	UINT bw;
	//创建或者打开文件
	f_open(&fil,FILE_NAME,FA_CREATE_ALWAYS | FA_WRITE | FA_READ);
	//移动读写指针
	f_lseek(&fil, 0);
	//写数据
	f_write(&fil,wr_dat,wr_len,&bw);
	//关闭文件
	f_close(&fil);
}

//将接收到的BOOT.bin文件写入到SD中
int transfer_data()
{
    char msg[60];
    if (start_update_flag) {
        xil_printf("\r\nStart SD Update!\r\n");
        xil_printf("file size of BOOT.bin is %lu Bytes\r\n", total_bytes);
        sprintf(msg, "file size of BOOT.bin is %lu Bytes\r\n",total_bytes);
        sent_msg(msg);
        sd_write_data(rxbuffer,total_bytes);
        xil_printf("SD Update finish!\n");
        total_bytes = 0;
    }

    start_update_flag = 0;

    return 0;
}

//向客户端回送信息
void sent_msg(const char *msg)
{
    err_t err;
    tcp_nagle_disable(c_pcb);
    if (tcp_sndbuf(c_pcb) > strlen(msg)) {
        err = tcp_write(c_pcb, msg, strlen(msg), TCP_WRITE_FLAG_COPY);
        if (err != ERR_OK)
            xil_printf("tcp_server: Error on tcp_write: %d\r\n", err);
        err = tcp_output(c_pcb);
        if (err != ERR_OK)
            xil_printf("tcp_server: Error on tcp_output: %d\r\n", err);
    } else
        xil_printf("no space in tcp_sndbuf\r\n");
}

//接收回调函数
static err_t recv_callback(void *arg, struct tcp_pcb *tpcb, struct pbuf *p, err_t err)
{
    struct pbuf *q;

    if (!p) {
        tcp_close(tpcb);
        tcp_recv(tpcb, NULL);
        xil_printf("tcp connection closed\r\n");
        return ERR_OK;
    }
    q = p;

    if (q->tot_len == 6 && !(memcmp("update", p->payload, 6))) {
        start_update_flag = 1;
        sent_msg("\r\nStart SD Update\r\n");
    } else if (q->tot_len == 5 && !(memcmp("clear", p->payload, 5))) {
        start_update_flag = 0;
        total_bytes = 0;
        sent_msg("Clear received data\r\n");
        xil_printf("Clear received data\r\n");
    } else {
        while (q->tot_len != q->len) {
            memcpy(&rxbuffer[total_bytes], q->payload, q->len);
            total_bytes += q->len;
            q = q->next;
        }
        memcpy(&rxbuffer[total_bytes], q->payload, q->len);
        total_bytes += q->len;
    }

    tcp_recved(tpcb, p->tot_len);
    pbuf_free(p);

    return ERR_OK;
}

err_t accept_callback(void *arg, struct tcp_pcb *newpcb, err_t err)
{
    xil_printf("tcp_server: Connection Accepted\r\n");
    c_pcb = newpcb;             //保存连接的客户端PCB
    //设置接收回调
    tcp_recv(c_pcb, recv_callback);
    tcp_arg(c_pcb, NULL);

    return ERR_OK;
}

int start_application()
{
    struct tcp_pcb *pcb;
    err_t err;
    //挂载SD卡
    sd_mount();
    xil_printf("Successfully init SD\r\n");
    print_app_header();
    //创建TCP PCB
    pcb = tcp_new_ip_type(IPADDR_TYPE_ANY);
    if (!pcb) {
        xil_printf("Error creating PCB. Out of Memory\n\r");
        return -1;
    }

    //绑定端口号
    err = tcp_bind(pcb, IP_ANY_TYPE, SER_PORT);
    if (err != ERR_OK) {
        xil_printf("Unable to bind to port %d: err = %d\n\r", SER_PORT, err);
        return -2;
    }

    //此处不需要回调函数的任何参数
    tcp_arg(pcb, NULL);

    //侦听连接
    pcb = tcp_listen(pcb);
    if (!pcb) {
        xil_printf("Out of memory while tcp_listen\n\r");
        return -3;
    }

    //指定用于传入连接的回调
    tcp_accept(pcb, accept_callback);
    xil_printf("TCP server started @ port %d\n\r", SER_PORT);

    return 0;
}

完成代码编写后，进行烧写验证。

下载验证

打开网络调试助手，选择协议类型为TCP客户端，选择远程主机的IP地址和端口，选择需要加载的应用程序的bin文件，勾选加载文件数据源，点击发送。

发送完成后在发送框选择输入“update”更新SD卡的应用程序。

在串口终端中查看调试信息，表示SD卡程序更新完成。

调试信息

使用读卡器查看贴片SD卡转接卡是否正常存储到SD卡中，读取文件可知已经正常写入。

image-20221229225450216

将板卡启动模式调整至SD卡模式，上电重启板卡程序，观察到板卡程序成功启动。

image-20221229224940998

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