4 AXI USER IP

前言

使用AXI Interface封装IP,并使用AXI Interface实现对IP内部寄存器进行读写实现控制LED的demo,这个demo是非常必要的,因为在前面的笔记中基本都需哟PS端与PL端就行通信互相交互,在PL端可以通过中断的形式来告知PS端一些事情,或者PS端时刻盯着某个寄存器等着PL端告诉他一些事情,但是这个这个过程比较独占CPU资源的,一般使用中断的方式;但是PS端比较方便的就是通过读写寄存器的方式控制PL端的操作,而且是要通过AXI接口,因此这个demo比较重要

目的

 - 使用AXI 总线协议封住IP
- 回顾AXI 协议
- 回顾创建和打包IP
- 软硬件协同设计

创建和打包IP

参考笔记5-1 创建和打包AXI Interface IP

使用寄存器控制LED

在这里插入图片描述

  • 并将GPIO_LED信号引入到顶层,进行引脚约束

BD设计

在这里插入图片描述

引脚约束

set_property PACKAGE_PIN AL11 [get_ports GPIO_LED]
set_property IOSTANDARD LVCMOS18 [get_ports GPIO_LED]

set_property BITSTREAM.GENERAL.COMPRESS TRUE [current_design]

修改自定义AXI-IP的Makefile

  • drivers\axi_user_gpio_v1_0\src目录下
    在这里插入图片描述

生成bit流,导出xsa文件

SDK设计

/*
    * name: main.c
    * description: write user regiter to control the LED GPIO

*/

#include "xparameters.h"
#include "xil_printf.h"
#include "xil_io.h"
#include "sleep.h"

#define GPIO_BASEADDR XPAR_AXI_USER_GPIO_0_S00_AXI_BASEADDR
#define GPIO_DATA_OFFSET 0x0

#define printf xil_printf

int main()
{
    Xil_Out32(GPIO_BASEADDR + GPIO_DATA_OFFSET, 0x0); // turn off all LEDs
    while (1)
    {
        sleep(1);
        Xil_Out32(GPIO_BASEADDR + GPIO_DATA_OFFSET, 0x1); // turn on LED0
        sleep(1);
        Xil_Out32(GPIO_BASEADDR + GPIO_DATA_OFFSET, 0x0); // turn off all LEDs
    }

    return XST_SUCCESS;
}
  • 关于XPAR_AXI_USER_GPIO_0_S00_AXI_BASEADDR
    • 这个地址就是在BD设计中对应接口分配的基地址
  • 关于Xil_Out32函数
    • 这个函数就是写32bit位宽的寄存器函数,传入的参数为地址和需要写入数据
  • 对应的Xil_In32函数
    • 这个函数就是读32bit位宽的寄存器函数,只需要传入地址
<think>嗯,用户要求回答关于AXI用户指南和实现示例的问题。用户可能正在开发FPGA项目,需要了解AXI协议的具体实现细节,尤其是Vivado环境下的应用。 用户提供的系统级指令很详细,要求所有数学公式用$...$格式,中文回答,还要生成相关问题。之前的引用内容涉及AXI接口模式、Vivado HLS设计方法、约束文件组织和Xilinx文档资源,这些都需要整合进回答。 用户的核心需求很明确:需要AXI4协议的实用指南和代码示例。考虑到引用[1]提到AXI4主接口的两种传输模式(单次和突发),这应该是重点内容。引用[3]的约束文件组织建议也很重要,因为AXI时序约束容易出错。 准备这样组织回答:先解释AXI4协议架构(通道分离特性),然后用表格对比传输模式,接着给出关键实现要点:突发传输配置、时序约束示例、HLS优化技巧。代码示例部分会包含Verilog状态机片段和XDC约束模板,完全按用户要求的格式。 注意到引用[2]强调高层次综合的生产力优势,所以会在HLS实现部分特别说明接口优化方法。引用[4]提到的7series_hdl库文档也要提及,这是查找原语的关键资源。 最后生成的问题要覆盖协议细节(如AXI-Lite与Full的区别)、性能调试(突发传输优化)、工具使用(Vivado AXI验证)等实用方向。用户明显是工程师,问题需要聚焦工程实践而非理论。</think>以下基于Xilinx官方文档整理的AXI4协议实现指南及关键要点: ### 一、AXI4协议核心架构 AXI4采用五通道分离设计: 1. **读地址通道**:`ARADDR[31:0]`, `ARVALID/ARREADY` 2. **读数据通道**:`RDATA[63:0]`, `RVALID/RREADY`, `RLAST` 3. **写地址通道**:`AWADDR[31:0]`, `AWVALID/AWREADY` 4. **写数据通道**:`WDATA[63:0]`, `WSTRB[7:0]`, `WVALID/WREADY`, `WLAST` 5. **写响应通道**:`BRESP[1:0]`, `BVALID/BREADY` > 突发传输长度由`AxLEN[3:0]`控制,最大支持16次传输/事务[^1] ### 二、Vivado HLS实现模式 ```cpp // C++接口配置示例 void axi_controller( hls::stream<ap_axiu<32,0,0,0>> &in_stream, // AXI4-Stream输入 int *mem_buf, // AXI4-Lite存储器映射 hls::stream<ap_axiu<64,0,0,0>> &out_stream) // AXI4-Stream输出 { #pragma HLS INTERFACE axis port=in_stream #pragma HLS INTERFACE s_axilite port=mem_buf bundle=CTRL #pragma HLS INTERFACE axis port=out_stream ... } ``` * **突发传输优化**:使用`hls::burst_maxi`接口实现DDR高效访问[^1] * **性能对比**: | 传输模式 | 带宽利用率 | 延迟 | 适用场景 | |----------------|------------|------|-------------------| | 单次传输 | 30%-40% | 高 | 寄存器配置 | | 突发传输(256B) | 85%-95% | 低 | 视频帧缓存 | ### 三、关键约束配置(XDC) ```tcl ## 时钟定义 create_clock -name axi_clk -period 5 [get_ports ACLK] ## 输入输出延迟 set_input_delay 0.5 -clock axi_clk [get_ports ARVALID] set_output_delay 1.0 -clock axi_clk [get_ports RREADY] ## 跨时钟域约束 set_clock_groups -asynchronous -group [get_clocks axi_clk] -group [get_clocks vid_clk] ``` > 约束顺序建议:时钟定义→时序例外→物理约束[^3] ### 四、调试技巧 1. **ILA触发设置**: ```tcl set_property TRIGGER_COMPARATOR eq 1 [get_hw_ilas hw_ila_1] set_property CONTROL.CAPTURE 1 [get_hw_ilas hw_ila_1] ``` 2. **典型错误码**: - `BRESP=0b00` (OKAY) - `BRESP=0b10` (SLVERR) - `RRESP=0b11` (DECERR) ### 五、参考资源 1. **官方文档**: - [UG1037] AXI4-Stream协议详解 - [PG277] AXI Interconnect IP核手册 - 7系列原语参考:`RAMB36E1`, `FDRE`等[^4] 2. **设计方法**: > 采用UltraFast™方法学可提升3-5倍开发效率,通过C/RTL协同仿真验证接口时序[^2] ---
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