Memory-Mapped IO in Linux-Based Systems(3)

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1. Intro

이번 포스트에서는 mmio를 통해 FPGA 영역의 Slide Switch와 Hex Display를 이용하여 학번을 출력하는 banner scroll 프로그램을 어떻게 만들었는지 적어보려고 한다.

2. 동작원리

de1-soc에는 총 10개의 slide switch가 있고 6개의 hex display가 존재한다. Banner Scroll을 구현하기 위해 slide switch 한 개와 hex display 6개를 사용하였다. slide switch를 켜면 banner scroll이 왼쪽으로 이동하고, slide switch를 끄면 banner scroll이 오른쪽으로 이동한다.

Figure1. Banner Scroll 진행방향

2.1 선언된 변수들

Figure1. Bit locations for the 7-segment displays parallel por ts

Memory-Mapped IO in Linux-Based Systems(1) 포스트에 있는 사진을 다시 한번 가져왔다. DE1-SoC 보드에는 7-segment display가 6개 존재한다. 그리고 이를 위해 2개의 Data register가 있고 둘은 서로 연결되어 있다. 0xFF200020 에 있는 레지스터는 HEX3에서부터 HEX0까지 구동시키고, 0xFF200030에 있는 레지스터는 HEX5와 HEX4를 구동시킨다.

 

Figure2. Data register in the slider switch parallel port

또한 DE1-SoC 보드에는 10개의 slide switch가 존재한다. 1-bit 가 slidw switch(SW) 1개의 상태를 나타낸다.

6개의 7-segment와 1개의 slide switch를 이용하여 banner scroll 프로그램을 구현했고, 이를 위해 필요한 변수들을 다음과 같이 선언하였다.

• HEX5_HEX4_ptr : HEX5_HEX4의 주소를 저장
• HEX3_HEX0_ptr : HEX3_HEX0의 주소를 저장
• SW0 : SW의 주소를 저장
• new_num : 학번의 각 숫자를 나타내는 7-segment 값

HEX5_HEX4_ptr, HEX3_HEX0_ptr, SW0에 저장된 주소값은 컴파일 될 때 최적화되면 안되므로 volatile 키워드를 이용하여 다음과 같이 선언해주었다.

HEX3_HEX0_ptr= (volatile int *) (lw_virtual + HEX3_HEX0_BASE);  
HEX5_HEX4_ptr= (volatile int *) (lw_virtual + HEX5_HEX4_BASE);  
SW0 = (volatile int *) (lw_virtual + SW_BASE);

 

2.2 Banner Scroll Algorithm

먼저 *SW==0인 상황(오른쪽으로 진행)부터 생각해보자.

Figure3. 7-segment 6개(2개+4개)

ㄴ에 있는 4자리의 10진수를 오른쪽으로 한 자리씩 이동하고 이를 ㄱ에 있는 하위 한 개의 10진수와 합치면 새로운 ㄴ의 상태가 되겠고, ㄱ의 두번째 칸에 있던 10진수를 첫번째 칸으로 이동시키고, 두번째 칸에는 새로운 10진수가 오도록 하면 그 상태가 새로운 ㄱ의 상태가 될 것이다. 이를 레지스터를 이용하여 설명하면 다음과 같다.

이제 *SW==1인 상황(왼쪽으로 진행)을 생각해보자.

ㄴ의 4번째 칸에 있는 10진수를 ㄱ의 첫번째 칸에, ㄱ의 첫번째 칸에 있던 10진수를 ㄱ의 두번째 칸에 출력되도록 하면 그것이 ㄱ의 새로운 상태일 것이고, ㄴ의 첫번째~세번째 칸에 있던 10진수를 왼쪽으로 한 칸 이동시키고, ㄴ의 첫번째 칸에는 새로운 숫자가 오면, 그것이 ㄴ의 새로운 상태가 될 것이다. 이를 레지스터를 이용하여 설명하면 다음과 같다.

 

3. 구현 방법 설명

각각의 7-segment의 상태를 나타내기 위해 0부터 9까지 각 숫자를 표현하기 위한 함수를 만들어주었다. 예를 들어 7-segment에 3이 출력되기 위해선 0,1,2,3,6 위치의 불빛들이 켜져야 하므로 2진수로 01001111에 해당한다. 이런 식으로 0부터 9까지 각 함수를 만들어주었다.

 

segment라는 함수는 main 함수 내부에서 7-segment에 출력하고 싶은 10진수 숫자를 인수로 받아서 이에 대응되는 code 값을 반환하는 함수이다. 이를 위해 함수 포인터 배열을 사용하였다. 0~9외의 10진수를 인수로 받으면 code = 0b00000000을 반환하여 7-segment에는 공백이 출력된다.

 

SW0 스위치가 올라가고 내려감에 따라 배너 스크롤의 진행방향이 달라지게 하기 위해서 한 개의 큰 무한 while 루프 안에 SW0가 0일 때 무한으로 실행되는 while 루프와 SW0가 1일 때 무한으로 실행되는 while 루프를 만들어주었다. 또 각각의 작은 while 무한루프 문 안에는 학번의 각 자릿수가 다 진행될 수 있도록 반복문을 만들어주었다.

글로 설명한 것을 코드로 나타낸 것이다. SW0값에 따라 진행방향이 바뀌도록 작은 while 무한루프 안에 있는 for문 안에서 조건에 따른 break문을 만들어주었다. usleep(500000) 로 인해 banner scroll은 0.5초마다 업데이트가 된다.

 

4. 결과

SW0 스위치가 켜지면(*SW0 ==1)는 Banner scroll이 오른쪽에서 왼쪽으로 이동하고, SW0가 꺼지면 (*SW0 == 0) Banner scroll이 왼쪽에서 오른쪽으로 이동함을 확인할 수 있다. 프로그램의 전체코드는 source code 에서 확인할 수 있다.

 

다음 포스트에서는 Polled IO를 이용한 Calculator 프로그램에 대해 적어보려고 한다.