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第八章使用Vitis开发Linux应用

上一章我们学习了在Petalinux搭建的Linux系统上基础外设的使用，本章我们以创建“Hello World”工程为例学习如何使用Vitis开发Linux应用以及如何让应用程序运行在Petalinux搭建的Linux系统上。运行方式本章介绍了三种，可根据个人喜好选择。

8.1创建基于Vitis的Linux平台工程
双击Windows系统桌面的Xilinx Vitis IDE 2019.2图标打开Vitis工具，弹出图 8.1.1所示的Lancher界面：

图 8.1.1 打开Vitis工具
设置Vitis Workspace文件夹，可以是任一文件夹，最好不要包括中文以及特殊字符，这里笔者选择的是F:\Mpsoc\appDev_Linux文件夹，然后点击“Launch”按钮，进入如下图所示界面：

图 8.1.2 创建Platform工程
单击“Create Platform Project”,即创建平台工程，进入下图所示界面：

图 8.1.3 平台工程配置选项
“Project name”栏输入平台工程名“appDev_Linux_plat”，其他保持默认，然后单击底部的“Next >”，进入下一页面，如图 8.2.5所示。

图 8.1.4 创建新的平台工程
选择“Create from hardware specification (XSA)”，然后单击底部的“Next >”，进入下一页面，如下图所示：

图 8.1.5 配置平台工程

“XSA file:”栏选择用于该平台工程的xsa文件，与6.3.4节使用的xsa文件相同。
“Operating system”操作系统选择“linux”, 选择后“Processor”默认配置为“psu_cortexa53”。
取消勾选“Generate boot components”。
配置好后，点击底部的“Finish”按钮。
现在我们将开发板资料盘(A盘)\4_SourceCode\3_Embedded_Linux\zynq_petalinux\4ev\linux_boot文件夹拷贝到Vitis Workspace文件夹F:\Mpsoc\appDev_Linux下，如下图所示：

图 8.1.6 解压缩后的linux_boot文件夹
回到Vitis界面，设置“Bif File”为linux_boot文件夹下的linux_image.bif文件，设置“Boot Components Directory”为linux_boot文件夹，如下图所示：

图 8.1.7 设置Vitis平台工程
设置完成后编译平台工程如下图所示：

编译完平台工程后，平台工程的搭建就完成了。现在可以创建Linux应用工程了。
8.2创建Linux应用工程
点击Vitis菜单栏的“File->New->Application Project…”，创建应用工程，如下图所示：

图 8.2.1 创建应用工程
设置工程名为“hello_world”，如下图所示：

图 8.2.2 设置工程名
单击底部的“Next >”，进入下一页面，选择刚才新建的“appDev_Linux_plat”，如下图所示：

图 8.2.3 选择appDev_Linux_plat
单击底部的“Next >”，进入下一页面，如下图所示：

图 8.2.4 选择Domain
Domain保持默认即可，Language默认为C，也可以选择C++，这里保持默认，使用C语言开发应用，然后单击底部的“Next >”，进入下一页面，如图 8.2.5所示。
可以看到有两个模板，第一个是Linux空白应用工程模板，第二个是“Linux Hello World”工程模板。我们选择“Linux Hello World”工程模板，点击底部的“Finish”，进入图 8.2.6所示界面。

图 8.2.5 工程模板

图 8.2.6 Vitis界面
关于Vitis的使用想必就不用多介绍了，毕竟我们在《DFZU2EG_4EV MPSoC嵌入式Vitis开发指南》中已经使用的够多了。我们展开左侧的“hello_world”下的src，可以看到helloworld.c文件，双击可以看到右侧的源码，是不是很简单，跟我们平时写的C应用没区别。
编译hello_world工程。至此，Linux应用工程的创建就完成了。下面我们将介绍如何将该工程的elf文件运行在我们第六章搭建的Linux上。
有两种方式，一种是通过Vitis软件自带的TCF Agent，另一种是通过其他方式如NFS、ssh等将文件共享到或传到开发板上的Linux系统中。
注意无论使用什么方式，都需要开发板连接网线，且与Windows系统处于同一网络。
说一下运行前的准备工作：
先在开发板上运行我们第六章搭建的Linux系统，并接上网线，在串口上位机中输入ifconfig命令或“ip a s”命令查看以太网的IP地址，关于开发板以太网的使用请参考7.7小节以太网的使用。从下图可见笔者使用的开发板的IP地址为192.168.2.218，该地址后面会使用到。

图 8.2.7 开发板的IP地址
完成准备工作后，我们先来看下TCF Agent方式，然后试下NFS方式和SSH方式。
8.3使用TCF Agent方式运行
在Vitis界面，右键点击“hello_world”应用工程，在弹出的菜单中选择“Run As—>Run Configuration”，如图 8.3.1所示。

图 8.3.1 双击“Linux Agent[defalut]”
在弹出的界面中，双击“Single Applicatuin Debug”，会自动创建“Debugger_hello_world-Default”，如下图所示：

图 8.3.2 创建Linux Agent

图 8.3.3 输入Host的IP 地址
输入Host的IP地址，也就是开发板的IP地址，笔者的为192.168.2.218。输入IP地址完成后，点击“Test Connection”，如果出现下图所示的结果，表示连接测试成功，Linux TCF Agent服务运行正常，可以与主机（开发板）连接。点击“OK”按钮，完成设置。

图 8.3.4 连接测试成功
完成图 8.3.5的1和2之后，我们点击3处的“Apply”，然后点击4处的“Run”，如下图所示：

图 8.3.5 运行
在Console终端可以看到Hello World输出，表明程序在Linux上运行成功，如下图所示：

图 8.3.6 Console终端输出运行结果
8.4使用NFS共享方式运行
在4.4.1节我们使用/home/cx/workspace/nfs文件夹供nfs服务器使用，所以首先我们将工程的elf文件复制到Ubuntu虚拟机的该文件夹下。
复制完成后，我们在开发板上挂载Ubuntu主机的NFS目录，在挂载之前先要知道Ubuntu主机的IP地址，使用ifconfig命令或“ip a s”命令查询到笔者的Ubuntu主机的IP地址为192.168.2.134。在连接到开发板的串口上位机如Putty中输入如下命令进行挂载：
mount -t nfs -o nolock 192.168.2.134:/home/cx/workspace/nfs /mnt
其中192.168.2.134为笔者的Ubuntu主机IP地址，/mnt为挂载到开发板的目录。
在串口终端中输入”ls /mnt”可以看到hello_world.elf文件，输入如下命令执行该elf文件：
chmod +x /mnt/hello_world.elf #赋予可执行权限
/mnt/hello_world.elf #执行
执行结果如下图所示：
图 8.4.1 执行elf文件
可以看到打印出“Hello World”信息，表明执行成功。
8.5使用SSH方式运行
SSH方式是将工程的elf文件传到开发板上的Linux系统中，在Ubuntu主机终端中输入如下命令将elf文件传到开发板的Linux系统中（上一节已经工程的elf文件复制到/home/cx/workspace/nfs文件夹）：
scp /home/cx/workspace/nfs/hello_world.elf root@192.168.2.132:/home/root
上面命令的192.168.2.132为笔者使用的开发板的IP地址，/home/root表示传到开发板的该目录下，也就是root用户所在的目录。
执行结果如下图所示：

图 8.5.1 scp命令传输文件
需要输入开发板上Linux系统的root用户密码，默认为”root”。传输完成后，在串口终端中输入“ls”会看到有一个hello_world.elf文件。输入“./hello_world.elf”会打印出“Hello World”信息，表明运行成功。在串口上位机中输入的命令及结果如下图所示：

图 8.5.2 命令及结果
8.6Vitis开发Linux外设
前面我们用Vitis开发了Linux最基础的HelloWorld应用，其实我们还可以用Vitis开发Linux外设，比如按键和LED。我们将helloworld.c的内容替换成如下内容：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <time.h>
#include <fcntl.h>
#include <signal.h>
#include <pthread.h>
#include <linux/input.h>
  
#define LED_BRIGHTNESS    "/sys/class/leds/ps_led1/brightness"
#define LED_TRIGGER       "/sys/class/leds/ps_led1/trigger"
#define INPUT_EVENT       "/dev/input/event0"
#define LED_MAX_SPEED     10
#define PERIOD_COEFF       16000
  
unsigned int led_speed;
pthread_mutex_t lock;
  
/* Blink LED */
static void *LEDMod(void *dummy)
{
    unsigned int led_period;
    int tmp;
    tmp = open(LED_BRIGHTNESS, O_WRONLY);
    if (tmp < 0)
        exit(1);
    while (1) {
        pthread_mutex_lock(&lock);
        led_period = (LED_MAX_SPEED - led_speed) * PERIOD_COEFF;
        pthread_mutex_unlock(&lock);
  
        write(tmp, "1", 2);
        usleep(led_period);
        write(tmp, "0", 2);
        usleep(led_period);
    }
}
  
int main()
{
    pthread_t pth;
    struct input_event ev;
    int tmp;
    int key_code;
    int size = sizeof(ev);
  
    /* Configure LED */
    led_speed = 5;
    tmp = open(LED_TRIGGER, O_WRONLY);
    if (tmp < 0)
        return 1;
    if (write(tmp, "default-on", 10) != 10) {
        printf("Error writing trigger");
        return 1;
    }
    close(tmp);
    printf("Configured LED for use\n");
  
    /* Create thread */
    pthread_mutex_init(&lock, NULL);
    pthread_create(&pth, NULL, LEDMod, "Blinking LED...");
  
    /* Read event0 */
    tmp = open(INPUT_EVENT, O_RDONLY);
    if (tmp < 0) {
        printf("\nOpen " INPUT_EVENT " failed!\n");
        return 1;
    }
    /* Read and parse event, update global variable */
    while (1) {
        if (read(tmp, &ev, size) < size) {
            printf("\nReading from " INPUT_EVENT " failed!\n");
            return 1;
        }
  
        if (ev.value == 1 && ev.type == 1) {    /* Down press only */
            key_code = ev.code;
            if (key_code == KEY_DOWN) {    /* lower speed */
                /* Protect from concurrent read/write */
                pthread_mutex_lock(&lock);
                if (led_speed > 0)
                    led_speed -= 1;
                pthread_mutex_unlock(&lock);
            } else if (key_code == KEY_UP) {    /* raise speed */
                pthread_mutex_lock(&lock);
                if (led_speed < 9)
                    led_speed += 1;
                pthread_mutex_unlock(&lock);
            }
            printf("Speed: %i\n", led_speed);
            usleep(1000);
        }
    }
}

然后编译应用工程，会出现如下图所示错误：

图 8.6.1 编译出错
出错的原因是缺少相应库——pthread库，现在我们来添加pthread库。鼠标右键点击“hello_world”应用工程，在弹出的菜单中选择“C/C++ Build Settings”，如下图所示：

图 8.6.2 “C/C++ Build Settings”
添加pthread库，添加方式如下图所示：

图 8.6.3 添加pthread库
添加完成后，点击该设置界面右下角的“Apply and Close”。再次编译应用工程，编译完成后下载，结果如下图所示：
在这里插入图片描述

图 8.6.4 输出信息
可以看到开发板上的PS_LED1灯闪烁，按开发板上的PS_KEY1和PS_KEY2可以控制PS_LED1灯的闪烁频率。
当然了也可以用Vitis调试应用工程，此处就不介绍了。
8.7扩展阅读
在Vitis IDE 中构建 Linux 应用程序：https://china.xilinx.com/video/software/building-linux-application-vitis.html