原創(chuàng)聲明：

本原創(chuàng)教程由芯驛電子科技（上海）有限公司（ALINX）創(chuàng)作，版權歸本公司所有，如需轉載，需授權并注明出處。

適用于板卡型號：

AXU2CGA/AXU2CGB/AXU3EG/AXU4EV-E/AXU4EV-P/AXU5EV-E/AXU5EV-P /AXU9EG/AXU15EG

實驗Vivado工程目錄為“ps_axi_gpio /vivado”。

實驗vitis工程目錄為“ps_axi_gpio /vitis”。

可能有些人就會問，怎么又在講GPIO，LED燈，覺得太繁瑣，但是GPIO是ZYNQ的基本操作，本教程力求把各種方法分享給大家，PS端的MIO，EMIO，PL端的axi gpio，包括輸入輸出兩個方向，以及PS與PL的基本操作，所以還是希望大家耐心學習。

前面講過如何用的是PS端的EMIO點亮PL端LED燈，但是并沒有與PL端產生交互。本章介紹另外一種控制方法，在ZYNQ當中可以使用AXI GPIO，通過AXI總線控制PL端的LED燈。同時也介紹了PL端按鍵的使用。

使用zynq最大的疑問就是如何把PS和PL結合起來使用，在其他的SOC芯片中一般都會有GPIO，本實驗使用一個AXI GPIO的IP核，讓PS端通過AXI總線控制PL端的LED燈，實驗雖然簡單，不過可以讓我們了解PL和PS是如何結合的。

1. 原理介紹

一個AXI GPIO模塊有兩個GPIO，分別是GPIO和GPIO2，也就是channel1和channel2，為雙向IO。

AXI GPIO結構

FPGA工程師工作內容

以下為FPGA工程師負責內容。

2. Vivado工程建立

1）打開“ps_hello”另存為一個名為“ps_axi_gpio”Vivado工程，表示PS通過AXI總線控制gpio

“Create project subdirectory”勾選后會在目錄下創(chuàng)建子目錄，勾選“Include run results”會包含編譯后的結果

2）雙擊xx.bd打開block design

添加AXI GPIO

3) 添加一個AXI GPIO的IP 核

4）雙擊剛才添加的“axi_gpio_0”配置參數

5）選擇“All Outputs”，因為這里控制LED，只要輸出就可以了，“GPIO Width”填1，控制1顆LED，點擊OK。如果想使用channel2，需要把”Enable Dual Channel”打開，也就使能了GPIO2。

6）點擊“Run Connection Automation”，可以完成部分自動連線

7）選擇要自動連接的端口，這里全選，點擊OK

8）點擊“Optimize Routing”，可以優(yōu)化布局，同時可以看到多了兩個模塊，一個是Processor System Reset模塊，為同步復位模塊，提供同一時鐘域的復位信號。AXI Interconnect模塊為AXI總線互聯(lián)模塊，用于AXI模塊的交叉互聯(lián)。

在這個應用中，我們可以看到用到了ZYNQ的HPM0_LPD口，此接口用于訪問PL端數據，大部分應用中是為了配置PL端模塊的寄存器。

復位信號由ZYNQ的復位輸出提供，最好是每個時鐘域都加一個復位模塊，可以根據模塊下面的名稱搜索添加。

9）修改GPIO端口的名稱

10）名稱修改為leds

11）再添加一個AXI GPIO，連接PL端按鍵，配置GPIO參數，都為輸入，寬度為1，使能中斷

12）使用自動連接

13）再把端口名稱改為keys

14）由于是PL端過來的中斷，在這里需要配置ZYNQ處理器的中斷，設置IRQ0[0-7]為1

15）連接ip2intc_irpt到pl_ps_irq

16）保存設計，點擊xx.bd，右鍵Generate Output Products

17）在生成的Verilog文件中，可以看到有個“l(fā)eds_tri_o”和”keys_tri_i”的端口，要為他們分配管腳，在綁定引腳時，以這個文件里的引腳名稱為準。

3. XDC文件約束PL管腳

1）創(chuàng)建一個新的xdc約束文件

2）文件名稱為led

3）led.xdc添加一下內容，端口名稱一定要和頂層文件端口一致

##################CompressBitstream############################set_propertyBITSTREAM.GENERAL.COMPRESSTRUE[current_design]set_propertyIOSTANDARDLVCMOS33[get_ports{leds_tri_o[0]}]set_propertyPACKAGE_PINAE12[get_ports{leds_tri_o[0]}]set_propertyIOSTANDARDLVCMOS33[get_ports{keys_tri_i[0]}]set_propertyPACKAGE_PINAF12[get_ports{keys_tri_i[0]}]

4）生成bit文件

5）導出硬件FileExportExport Hardware

6）因為要用到PL，所以選擇“Include bitstream”，點擊“OK”

軟件工程師工作內容

以下為軟件工程師負責內容。

4. Vitis程序編寫

4.1 AXI GPIO點亮PL端LED燈

1）創(chuàng)建一個platform，創(chuàng)建過程參考“PS端RTC中斷實驗”一章

2）面對一個不熟悉AXI GPIO，我們如何控制呢？我們可以嘗試一下Vitis自帶的例程

3）雙擊“system.mss”,找到“axi_gpio_0”,這里可以點擊“Documentation”來看相關文檔，這里就不演示，點擊“Import Examples”

4）在彈出的對話框中有多個例程，從名稱中可以猜個大概，這里選第一個“xgpio_example”

5）可以看到例程比較簡單，短短幾行代碼，完成了AXI GPIO的操作

里面用到很多GPIO相關的API函數，通過文檔可以了解詳細，也可以選中該函數，按“F3”查看具體定義。如果有了這些信息你還不能理解如何使用AXI GPIO，說明你需要補充C語言基礎。

其實這些函數都是在操作GPIO的寄存器，AXI GPIO的寄存器也不多，主要是兩個channel的數據寄存器GPIO_DATA和GPIO2_DATA，兩個channel的方向控制GPIO_TRI和GPIO2_TRI，以及全局中斷使能寄存器GIER，IP的中斷使能IP IER和中斷狀態(tài)寄存器ISR，具體的功能可以看AXI GPIO的文檔pg144。

比如進入到設置GPIO方向的函數中，就可以看到是在向GPIO的GPIO_TRI寄存器寫數據，從而控制方向。

其他的函數也可以按此法自行研究。

4.2 下載調試

首先編譯APP工程，編譯方法前面的例程已經介紹過了。雖然Vitis可以提供一些例程，但有一部分例程是需要自己修改的，這個簡單的LED例程就不修改了，嘗試運行一下，發(fā)現(xiàn)不能達到預期效果，甚至提示一些錯誤。下載后可以看到開發(fā)板LED1快速閃爍。

4.3 寄存器方式實現(xiàn)

如果覺得Xilinx提供的API函數比較繁瑣，效率低，也可以采取操作寄存器的方式實現(xiàn)LED的控制。

比如下面我們新建了axi_led的工程，修改helloworld.c如下。

其中定義的基地址GPIO_BASEADDR可以在xx.xsa中里找到

由于我們只啟用了channel1，因此定義了下面的寄存器地址

這樣直接操作寄存器的方式效率會比調用Xilinx API函數高，而且更直觀，對于理解程序如何運行有很大幫助。但是對于大工程來講，這種方式使用起來就比較復雜，主要依據個人需求選擇。

4.4 AXI GPIO之PL端按鍵中斷

前面的定時器中斷實驗的中斷屬于PS內部的中斷，本實驗中斷來自PL，PS最大可以接收16個來自PL的中斷信號，都是上升沿或高電平觸發(fā)。

1）和前面的教程一樣，在不熟悉Vitis程序編寫的情況下，我們盡量使用Vitis自帶例程來修改，選擇“xgpio_intr_tapp_example”

2）需要修改部分代碼，按鍵的axi gpio模塊叫做axi_gpio_1，在xparameters.h中找到它的device id

3）然后可以修改GPIO和中斷號的宏定義如下

4）修改測試延時時間，讓我們有足夠的時間去按按鍵

4.5 下載調試

保存文件，編譯工程，打開串口終端，下載程序。如果一直不按按鍵，串口顯示“No button pressed.”，如果按下“KEY1”按鍵顯示“Successfully ran Gpio Interrupt Tapp Example”。

5. 實驗總結

通過實驗我們了解到PS可以通過AXI總線控制PL，但幾乎沒有體現(xiàn)出ZYNQ的優(yōu)勢，因為對于控制LED燈，無論是ARM還是FPGA，都可以輕松完成，但是如果把LED換成串口呢，控制100路串口通信，8路以太網等應用，我想還沒有哪個SOC能完成這種功能，只有ZYNQ可以，這就是ZYNQ和普通SOC的不同之處。

PL端可以給PS發(fā)送中斷信號，這提高了PL和PS數據交互的效率，在需要大數量、低延時的應用中需要用到中斷處理。

到本章結束已經把ZYNQ的PS端MIO、EMIO，PL端GPIO如何使用講完了，包括輸入和輸出以及中斷處理，這些都是最基礎的操作，大家還是要多多思考，理解清楚。

6. 知識點分享

1）在設計好后，可以看到Address Editor中，已經為AXI外設分配好了地址空間，其中偏移地址和空間大小是可以修改的。

但是修改偏移地址是有限制的，詳情參考UG1085文檔System Address一章， AXI外設連接到了M_AXI_HPM0_LPD口，在8000_0000到9FFF_FFFF地址空間內修改。

2）在使用一個模塊時，需要配套的文檔輔助開發(fā)，但是這些文檔該如何去找呢，例如XILINX的IP，打開模塊的配置，在左上角點擊Documentation，再點擊Product Guide，如果在安裝Vivado的時候安裝了DocNav，就會跳轉過去打開文檔。

此功能需要電腦聯(lián)網，DocNav會從網站加載文檔。可以點擊下載按鈕下載到本地。

還有一種方法是在Xilinx官網根據模塊的名稱搜索資料下載（頁面可能會有所變化）