学习FPGA part.2

进入下一步，传统的点灯工程少不了

首先先理清ZYNQ芯片的专用术语，

PS: 处理系统（Processing System) , 就是与FPGA无关的ARM的SOC的部分。

PL: 可编程逻辑 (Progarmmable Logic), 就是FPGA部分。

APU: 应用处理器单元（Application Processor Unit).双ARM-CortexA9核，加上高速缓冲，DMA，定时器，中断控制，浮点和NEON协处理，硬件加速器一致性控制器。

TTC:（Triple Time Counter）3个独立计数通道，挂在APB上，为系统或外设提供定时或计数服务。

WDT：看门狗定时器

SWDT：系统级看门狗定时器

SCU： Snoop Control Unit, 用来保持双核之间的数据Cache的一致性。

AXI ：先进的可扩展接口（Advanced eXtensible Interface），是 Xilinx 从 6 系列的 FPGA 开始引入的一个接口协议，主要描述了主设备和从设备之间的数据传输方式。在 ZYNQ 中继续使用，版本是 AXI4，所以我们经常会看到 AXI4.0，ZYNQ 内部设备都有 AXI 接口。

按键控制LED实验

ZYNQ 芯片的 GPIO 分为三种，分别是 MIO、EMIO 和 AXI_GPIO，其中 MIO是 PS 的专用 I/O，作为普通输入输出或者外设驱动 I/O 来使用，EMIO 是扩展的MIO，当 MIO 不够时，可以使用部分 PL 的 I/O 做为 MIO 来使用，而 AXI_GPIO 是一个可以实现 GPIO 功能的 IP 核，PS 端可以通过 AXI 总线对其进行操作。在需要众多 I/O 口的应用场合，AXI_GPIO 可以将所有可用引脚作为 I/O 口使用。

基础知识介绍

在芯片的数据手册中我们可以看到芯片 GPIO 的组成，GPIO分为 4 个 Bank，其中 Bank0 有 32bit，Bank1 有 22bit 共 54bit 属于 MIO，Bank2和 Bank3 各有 32bit 属于可扩展的 EMIO，所以对于用户而言有最多 64 个 I/O 可以使用。

PS端的MIO共有54个GPIO可控，序号为0:53，这个很重要，之后EMIO作为MIO使用时，根据设置的引脚号从54开始计数

PL端的EMIO有32个bit可控

MIO 是最常用也是使用最多的应用，但是 ZYNQ 最多只有 54 个 MIO 可以使用，如果 MIO 不够怎么办？这个时候就需要用到 EMIO，EMIO 是对于 MIO 的扩展 I/O，它是将 PL 端的部分 I/O 作为 MIO 供 PS 使用。

另外由于 AXI_GPIO 的使用方法有所不同，所以不在这里列出

MIO 是沟通 PS 内核和外设的桥梁，PS 所有的外设都可以通过 MIO 访问，也可以将外设与 MIO 连接，在使用上具有极大的灵活性，为项目硬件设计提供了许多便利，降低了电路板布局布线的难度。但是即使如此，在给不同外设分配引脚时也不是随心所欲的，必须遵循一定的规范。

芯片GPIO框图

硬件设计

如下图示，可以看到许多外设能够分配的 I/O 是有限制的，当你在创建 Vivado 工程进行硬件设计时，使能了某个外设时也就分配了该外设连接的引脚，不需要后续添加引脚束。像 QSPI、Ethernet0、Ethernet1 只能分配在固定引脚。所以在进行硬件设计时必须要考虑好引脚分配的问题，合理分配引脚，才能降低后续电路板绘制的难度。
MIO 可分配功能

按照之前实验的步骤建立 Vivado 工程，命名为“mio_key_led”，工程创建完成后，按照之前的步骤创建 Block Design，添加 ZYNQ7 Processing System IP 核，双击 IP 核进入配置页面基本配置与之前相同，在此不再赘述，重点讲解本次实验需要配置的项目。在本次实验中，我们需要用到 MIO，所以在配置中使能 GPIO MIO

使能 MIO

配置完成后点击“OK”保存并返回。接下来参照之前实验的操作在 sources面板中，右键选择Design Sources下的mio_key_led_wrapper中的mio_key_led_i: mio_key_led，在弹出的菜单中选择 Generate Output Products…生成输出文件，然后在相同位置右键选择 Create HDL Wrapper…生成顶层 HDL 文件。由于本次实验不需要用到 PL 部分，所以不需要生成 Bitstream 文件，直接导出即可。
这样就完成了硬件方面的设计。

软件设计

完成硬件设计并导出到 SDK 后，我们就可以开始进行软件方面的设计工作

我们按照之前的步骤创建一个新的“hello world”工程，命名为“mio_key_led”创建好之后打开板级支持包 mio_key_led_bsp 下面的 system.mss 文件如图 2.3.2所示，在文件中可以看到本实验所用到的芯片上的所有资源，在这个文件下点击外设后面的“Docunmentation”可以打开关于该外设的数据手册，里面会详细描述该外设的功能，使用方法，库函数等信息，能有效帮助我们学会使用该外设，在项目开发过程中多阅读这些文档能加深我们我们的理解。除此之外，Xilinx 官方还提供了一些示例程序供使用者参考，点击外设后面的“Import Example”可以导入这些例程，这些例程都是该外设的基本应用，对于初学者是非常好的参考。

system.mss 文件

gpio 数据手册

Xilinx 官方提供了功能详尽库函数，免去了用户在使用外设时查阅手册配置寄存器的烦恼，极大的提高了开发效率，降低了出
错的概率。相关库函数的文件保存在 mio_key_led_bsp 板级支持包下面 ps7_cortrxa9_0> libsrc> gpios_v3_4 >src里面。

GPIO 库函数文件

在程序中我们需要做的事情就是

1、初始化 GPIO；

2、配置 LED 接口为输出，KEY 接口为输入；

3、LED 接口输出使能；

4、读取 KEY 接口状态，根据 KEY 接口状态改变 LED 接口的高低电平输出。

在明确了需要完成的任务之后，要做的事情就是查找相关的库函数，并确定要配置的参数等相关设置。

实验代码为

#include <stdio.h>
#include "platform.h"
#include "xil_printf.h"
#include "xgpiops.h"
#include "xgpiops_hw.h"

#define MIOLED1 0	//LED1 连接 至 MIO0

#define MIOKEY1 9	//KEY1 连接至 MIO9

#define input 	0
#define output	1

XGpioPs Gpios;

int main()
{
    init_platform();

    int Status;
    XGpioPs_Config *ConfigPtr;

    //初始化GPIO
    print("MIO Text! \n\r");
    ConfigPtr = XGpioPs_LookupConfig(XPAR_XGPIOPS_0_DEVICE_ID);
    Status = XGpioPs_CfgInitialize(&Gpios,ConfigPtr,ConfigPtr->BaseAddr);
    if(Status != XST_SUCCESS)
    {
    	return XST_FAILURE;
    }

    //设置LED接口方向为输出
    XGpioPs_SetDirectionPin(&Gpios,MIOLED1,output);
    //设置KEY接口方向为输入
    XGpioPs_SetDirectionPin(&Gpios ,MIOKEY1 ,input);

    //使能LED接口输出
    XGpioPs_SetOutputEnablePin(&Gpios ,MIOLED1 ,1);
    while(1)
    {
    	//读取KEY状态，改变LED输出电平
    	if(XGpioPs_ReadPin(&Gpios,MIOKEY1))
    		{XGpioPs_WritePin(&Gpios ,MIOLED1 ,1);}
    	else
    		{XGpioPs_WritePin(&Gpios ,MIOLED1 ,0);}
    }

    cleanup_platform();
    return 0;
}