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GPIO与MIO控制LED——ZYNQ学习笔记2

news 来源：原创 2024/9/24 20:50:05

一、GPIO简介

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（ multiplexed I/O，多路复用 I/O）模块连接到 PS 端的引脚上，也可以通过 EMIO（ extended multiplexed I/O interface，扩展多路 I/O 接口）连接到 PL 端的引脚。 Zynq-7000 系列芯片一般有 54 个 MIO，个别芯片如 7z007s 只有 32 个。

GPIO 是英文“general purpose I/O”的缩写，即通用的输入/输出。它是 ZYNQ PS 中的一个外设，用于观测和控制器件引脚的状态。图 3.1.1 是 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。

MIO是什么：多路复用IO，为ZYNQ PS端的与一个IO外设，用于观测（Input）和控制（Output）器件的引脚状态。

bank502、500、501为PS端，bank34、34、35、13（7010无bank13）为PL端

bank502专用于连接DDR3、bank500、501为MIO接口（实际用户IO有54个）

EMIO是什么：扩展的IO 连接PL端引脚

1、当PS端引脚不够用时，可以使用EMIO来进行扩展，从而使用PL端IO；

2、当某个设配硬件已经连接到PL端，但是通过Verilog代码实现较复杂的时候，可以使用EMIO让PS来驱动

二、GPIO分组

除 Bank1 之外的 Bank 都具有 32bit， Bank1 只具有 22bit 是因为总共只有 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。

DATA_RO 是数据只读寄存器，通过该寄存器能够观察器件引脚上的值。如果 GPIO 信号配置为输出，则通常会反映输出上驱动的值，写入此寄存器将被忽略。

DATA 是数据寄存器，该寄存器控制 GPIO 信号配置为输出时要输出的值。该寄存器的所有 32 位都是一次写入的。读取该寄存器返回写入 DATA 或 MASK_DATA_ {LSW， MSW}的先前值，它不会返回器件引脚上的当前值。

MASK_DATA_LSW 和 MASK_DATA_MSW 是数据掩码寄存器，该寄存器使软件能够有选择地一次更改所需的输出值。可以写入最多 16 位的任意组合， MASK_DATA_LSW 控制 Bank 的低 16 位， MASK_DATA_MSW 控制高 16 位。未写入的那些位保持不变并保持其先前的值。读取该寄存器返回写入DATA 或 MASK_DATA_ {LSW， MSW}的先前值;它不会返回器件引脚上的当前值。该寄存器避免了对未更改位的读-修改-写序列的需要。

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 是输出使能寄存器。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。

三、试验任务

本章的实验任务是使用 GPIO 通过两个 MIO 引脚控制 PS 端两个 LED 的亮灭，实现底板上 PS_LED0、PS_LED1 两个 LED 灯同亮同灭的效果。

四、程序设计

1、系统框图：

2、整体设计思路：

3、UG585手册阅读

按照手册提供步骤：重置、时钟步骤在建立工程初期已经完成

配置引脚：查看硬件设计：

LED挂载在MIO0、7、8引脚上，因此我们要配置这些引脚，

首先写配置方向模式寄存器，通过计算0000_0001_1000_0001 -- > 0x00000181

其次写配置输出寄存器，通过计算000_0001_1000_0001 -- > 0x00000181

最后写数据到引脚，使用带屏蔽的方式写入

mask数据为：1111_1110_0111_1110 --> 0xfe7e

data数据为：0000_0001_1000_0001 --> 0x0181

因此写入数据为： 0xfe7e0181

4、查阅寄存器地址

根据配置过程，我们要依次查阅GPIO基地址、GPIO方向控制偏移、GPIO输出使能偏移、GPIO写数据低16位偏移

#define GPIOPS_BASE_ADDRESS   	0xE000A000	//GPIO基地址
#define XGPIOPS_DIRM_OFFSET   	0X00000204	//GPIO方向控制偏移
#define XGPIOPS_OUTEN_OFFSET  	0X00000208	//GPIO输出使能偏移
#define XGPIOPS_DATA_LSW_OFFSET 0X00000000	//GPIO写数据低16位偏移
#define XGPIOPS_DATA_MSW_OFFSET 0x00000004	//GPIO写数据高16位偏移

5、寄存器版本编写代码

#include <stdio.h>
#include "xil_io.h"
#include "sleep.h"#define GPIOPS_BASE_ADDRESS   	0xE000A000	//GPIO基地址
#define XGPIOPS_DIRM_OFFSET   	0X00000204	//GPIO方向控制偏移
#define XGPIOPS_OUTEN_OFFSET  	0X00000208	//GPIO输出使能偏移
#define XGPIOPS_DATA_LSW_OFFSET 0X00000000	//GPIO写数据低16位偏移
#define XGPIOPS_DATA_MSW_OFFSET 0x00000004	//GPIO写数据高16位偏移int main(){printf("GPIO MIO TEXT!\n");//对GPIO引脚进行配置（MIO7、8、0）//配置方向模式寄存器Xil_Out32( GPIOPS_BASE_ADDRESS + XGPIOPS_DIRM_OFFSET ,0x00000181);//配置输出使能寄存器Xil_Out32( GPIOPS_BASE_ADDRESS + XGPIOPS_OUTEN_OFFSET ,0x00000181);while(1){sleep(1);//写数据到GPIO引脚  点亮LEDXil_Out32( GPIOPS_BASE_ADDRESS + XGPIOPS_DATA_LSW_OFFSET ,0xfe7e0181);sleep(1);//写数据到GPIO引脚  熄灭LEDXil_Out32( GPIOPS_BASE_ADDRESS + XGPIOPS_DATA_LSW_OFFSET ,0xfe7e0000);}return 0;
}

6、库函数开发

导入平台工程

五、下载验证

#include <stdio.h>
#include "xparameters.h"
#include "xgpiops.h"
#include "sleep.h"#define GPIO_DEVICE_ID		XPAR_XGPIOPS_0_DEVICE_ID#define MIO_LED1      7//MIO7
#define MIO_LED2      8//MIO8
#define MIO_LED0      0//MIO0XGpioPs Gpio;	/* The driver instance for GPIO Device. */int main(){XGpioPs_Config *ConfigPtr;//初始化GPIO驱动配置//根据器件ID来查找器件配置信息ConfigPtr = XGpioPs_LookupConfig(GPIO_DEVICE_ID);//对GPIO的驱动进行初始化XGpioPs_CfgInitialize(&Gpio, ConfigPtr,ConfigPtr->BaseAddr);//设置引脚方向XGpioPs_SetDirectionPin(&Gpio, MIO_LED1, 1);XGpioPs_SetDirectionPin(&Gpio, MIO_LED2, 1);XGpioPs_SetDirectionPin(&Gpio, MIO_LED0, 1);//设置输出使能   0：输入    1：输出XGpioPs_SetOutputEnablePin(&Gpio, MIO_LED1, 1);XGpioPs_SetOutputEnablePin(&Gpio, MIO_LED2, 1);XGpioPs_SetOutputEnablePin(&Gpio, MIO_LED0, 1);while(1){//往GPIO写高电平      点亮LED1XGpioPs_WritePin(&Gpio, MIO_LED1, 0x1);XGpioPs_WritePin(&Gpio, MIO_LED2, 0x1);XGpioPs_WritePin(&Gpio, MIO_LED0, 0x1);sleep(1);//往GPIO写低电平      熄灭LED1XGpioPs_WritePin(&Gpio, MIO_LED1, 0x0);XGpioPs_WritePin(&Gpio, MIO_LED2, 0x0);XGpioPs_WritePin(&Gpio, MIO_LED0, 0x0);sleep(1);}printf("GPIO MIO TEXT!\n");return 0 ;
}