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本文將探討如何以 Zynq UltraScale 器件上的 IP 核為目標，使用 Python 來創建一些強大的應用和實用工具。此處提供了一個程序包，供您用于讀取設備樹和訪問 IP 核。此外還提供一個實用工具，用于讀取物理寄存器和開關 LED。

Python 是現如今最常用的編程語言之一。原因在于這種語言高產、易于部署且直觀。并且正因其熱門，產生了大量共享程序包可供其他用戶使用。本教程將為您展示如何在 ZCU104 開發板上輕松使用 Python 來啟動并運行程序。用戶在構建文件系統時，所有必需的程序包都應已準備就緒。此處并未詳細列出所有程序包，因為用戶更了解自己的應用需要哪些程序包。

由于最終設計目標是嵌入式軟件系統，因此更為實用的用例之一是接入嵌入式軟件系統的存儲器/外設。這里我們使用 mmap 程序包來打開 /dev/mem 并獲取訪問權。隨后，我們可以在其中創建自己的程序包，以供在各種應用或實用工具中使用。我們還可以使用 subprocess 等程序包來訪問文件系統。我曾經使用此方法來讀取設備樹，查看有哪些 IP 已啟用以及這些 IP 的配置方式。在此提供了一個用于通過 Python 控制嵌入式系統的定制程序包，供用戶作為參考。

硬件設計：

本演示中使用的塊設計 （BD） 如下所示。在此使用的是 ZCU104 開發板，但此處流程應該是普遍適用的。

請參閱下方鏈接獲取有關 Vivado 2020.1 中的嵌入式流程的更多信息。

https://docs.xilinx.com/v/u/2020.1-English/ug898-vivado-embedded-design

為 PetaLinux 工程添加 Python 支持

https://github.com/Xilinx/device-tree-xlnx/tree/master/device_tree/data/kernel_dtsi/2020.1/BOARD

在 Python 中使用 /dev/mem：

創建 Linux 鏡像后，可以嘗試對硬件設計中的外設進行讀寫。我們可以使用 /dev/mem，以物理方式接入存儲器/寄存器。我們將使用 Python 中包含的 mmap 程序包：

其中，addr 即為我們要接入的存儲器或寄存器。

創建程序包：

用戶可以自行創建程序包，以便將自己的函數添加到其它應用中（請閱讀原文參閱附件）。

我已經創建了 1 個此類程序包，它支持用戶執行以下操作：

-讀取寄存器/存儲器

-寫入寄存器/存儲器

-執行系統命令，如 cat、ls 等

-讀取 mdio

-獲取物理地址

-mii 轉儲

-讀取設備樹節點

-獲取設備樹屬性

使用該程序包來執行讀寫：

使用該程序包來運行簡單的 LED 開關應用：

以下示例可用于開關 AXI GPIO LED：

此程序包將永久循環，用戶可使用 Ctrl+ Z 將其停止。

使用該程序包來讀取 MDIO：

此處我們將使用實用工具通過 MDIO 來讀取 PHY：

#GEM 地址、物理地址、偏移

使用該程序包來檢測有效的物理 （PHY） 地址：

我們可以在此處搜索有效的 PHY 地址：

使用該程序包來執行 MII 轉儲：

在該程序包中包含 mii_dump 實用工具，它將搜索設備樹中的任何已啟用的 GEM IP、自動檢測有效的 PHY 地址并轉儲 PHY 寄存器：

讀取設備樹節點：

在此已經創建了一個實用工具，用于讀取內核中的設備樹節點。創建普遍適用任何設計的腳本時，此工具很有用，因為用戶可以根據硬件來創建/使用應用。

例如，我們可以返回設備樹中的所有 IP：

我們還可以篩選此搜索，查找設備樹中已啟用的所有 GEM：

用戶還可以僅搜索狀態設置為“okay”的所有器件節點：