ZYNQ学习笔记1-GPIO接口-实操验证

1、GPIO 简介

GPIO 是英文“general purpose I/O”的缩写，即通用的输入/输出。

以Zynq-7000 SoC Technical reference Mannual 介绍为力；

通用I/O (GPIO)外围设备通过MIO模块提供多达54个设备引脚的观察和控制软件。它还提供来自可编程逻辑(PL)的64个输入和通过EMIO接口到PL的128个输出。GPIO被组织成四组寄存器，用来分组相关的接口信号。每个GPIO都被独立地动态编程为输入、输出或中断感知。软件可以使用一条加载指令读取bank内的所有GPIO值，也可以使用一条存储指令将数据写入一个或多个GPIO(在一个GPIO范围内)。GPIO控制寄存器和状态寄存器映射在基址0xE000_A000的内存中。

2、特征

GPIO 它是 ZYNQ PS 中的一个外设，用于 观测和控制器件引脚的状态。 GPIO 的框图，从中我们可以看到 GPIO 分为 4 个 Bank，其中 Bank0 和 Bank1 连接到 MIO；而 Bank2 和 Bank3 连接到 EMIO。

Zynq-7000 系列芯片一般有 54 个 MIO；

除 Bank1 之外的 Bank 都具有 32bit，Bank1 只具有 22bit ,总共只有 54 个 MIO，其中 32bit 的 Bank0 控制了 MIO[0~31]，剩下的 MIO[31~53]就由 22bit 的 Bank1 控制。Bank2 和 Bank3 用于控制扩展的 MIO 即 EMIO，也就是说总共可以有 32+32=64 个 EMIO

ZYNQ 分为 PS 和 PL 两部分，那么器件的引脚（Pin）资源同样也分成了两部分。ZYNQ PS 中的外设可以通过 MIO（Multiuse I/O，多用输入/输出）模块连接到 PS 端的引脚上，也可以通过 EMIO 连接到 PL 端的引脚。

GPIO 框图如下所示

2.1 功能描述 和 引脚控制

左边的一列是寄存器，上半部分是关于中断的控制，下半部分是GPIO接口的控制。

• DATA_RO : 是一个只读寄存器，这个寄存器使软件能够观察设备引脚上的值。如果GPIO

信号被配置为输出，那么这通常会反映输出上驱动的值。对这个寄存器的写入将被忽略。

• DATA: 这个寄存器控制将GPIO信号配置为输出时的输出值。这个寄存器的所有32位一次写入。从这个寄存器读入返回之前写到DATA或MASK_DATA_{LSW,MSW}的值;它不返回设备引脚上的当前值。

• MASK_DATA_LSW: 是一个16位的数据掩码器，该寄存器控制Bank的低16位，能够使软件有选择的一次更改所需要的输出值，即可以屏蔽Bank中低16位中的某些位的写入，使其保持不变。

• MASK_DATA_MSW: 是一个16位的数据掩码器，该寄存器控制Bank的高16位。

• DIRM: 是方向模式寄存器，用于控制 I/O 引脚是用作输入还是输出。当 DIRM [x] == 0 时，输出驱动器 被禁用，该引脚作为输入引脚使用。

• OEN: OEN 是使能输出寄存器。将 I/O 配置为输出时，该寄存器控制是否启用输出。禁用输出时，引脚为 3 态。当 OEN [x] == 0 时，输出被禁用。

根据上述引脚的介绍，我们总结出使用GPIO的要点：

1. 确定引脚位输入或者输出，即确定引脚方向

2. 给引脚使能

3、实验设计

3.1 实验任务

使用 GPIO 通过 MIO和EMIO读取PS端和PL端按键值

使用 GPIO 通过 MIO和EMIO 写入引脚值，控制 PS 端 LED 的亮灭。

3.2实验内容

1. 创建Vivado工程

2. 用 IP Integrator 创建 Processing System ，

即添加 ZYNQ7 Processing System 模块,重新定义 ZYNQ7 Processing System，在Peripheral I/O Pins 中在Bank0的GPIO14\15选择UART0；

在Bank1中选择电压为LVCOMS 1.8V 实验设计的引脚是PS端引脚，不需要绑定

3. 生成顶层HDL(generate Output Products、creat HDL Wrapper)

4. 生成 Bitstream 文件并导出到 SDK,打开SDK

5. 软件设计

#include "xgpiops.h"
#include "sleep.h"

#define GPIO_DEVICE_ID      XPAR_XGPIOPS_0_DEVICE_ID     //PS 端 GPIO 器件 ID
#define MIO0_LED    0      //PS_LED0 连接到 MIO 0
#define MIO7_LED    7      //PS_LED7 连接到 MIO 7
#define MIO8_LED    8      //PS_LED8 连接到 MIO 8

#define MIO11_KEY    11    //PS_KEY1 连接到 MIO11
#define MIO12_KEY    12    //PS_KEY0 连接到 MIO12
#define MIO54_KEY    54    //PL_KEY0 连接到 EMIO54

int main(){
    XGpioPs_Config *ConfigPtr;    //PS 端 GPIO 配置信息实例
    XGpioPs Gpio;                 //PS 端 GPIO 驱动实例
    int Status;

/* Initialize the GPIO driver. */
    //根据器件 ID 查找配置信息,写入PS 端 GPIO 配置信息实例
    ConfigPtr = XGpioPs_LookupConfig(GPIO_DEVICE_ID);
    //初始化器件驱动
    Status = XGpioPs_CfgInitialize(&Gpio, ConfigPtr,ConfigPtr->BaseAddr);
    if (Status != XST_SUCCESS) {
        return XST_FAILURE;
    }

/* Set the direction for the pin to be output and
 * Enable the Output enable for the LED Pin.
 */
    //设置 LED 为输出
    XGpioPs_SetDirectionPin(&Gpio, MIO0_LED, 1);
    XGpioPs_SetDirectionPin(&Gpio, MIO7_LED, 1);
    XGpioPs_SetDirectionPin(&Gpio, MIO8_LED, 1);
    //使能 LED 输出
    XGpioPs_SetOutputEnablePin(&Gpio, MIO0_LED, 1);
    XGpioPs_SetOutputEnablePin(&Gpio, MIO7_LED, 1);
    XGpioPs_SetOutputEnablePin(&Gpio, MIO8_LED, 1);
    //设置 KEY 为输入
    XGpioPs_SetDirectionPin(&Gpio, MIO11_KEY, 0);
    XGpioPs_SetDirectionPin(&Gpio, MIO12_KEY, 0);
    XGpioPs_SetDirectionPin(&Gpio, MIO54_KEY, 0);

    /* Set the GPIO output to be low. */
    u32 key11;    //PS_KEY1
    u32 key12;    //PS_KEY0
    u32 key54;    //PS_KEY0

    while(1){
        //读取引脚状态值
        key11 = XGpioPs_ReadPin(&Gpio, MIO11_KEY);
        key12 = XGpioPs_ReadPin(&Gpio, MIO12_KEY);
        key54 = XGpioPs_ReadPin(&Gpio, MIO54_KEY);
        //在引脚写入数据
        XGpioPs_WritePin(&Gpio, MIO0_LED, ~key54);
        XGpioPs_WritePin(&Gpio, MIO7_LED, ~key12);
        XGpioPs_WritePin(&Gpio, MIO8_LED, ~key11);
    }

}

6.上板验证