【ZYNQ Ultrascale+ MPSOC FPGA教程】第二十八章PS端EMIO的使用

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适用于板卡型号：

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

实验Vivado工程目录为“ps_emio/vivado”。

实验vitis工程目录为“ps_emio/vitis”。

如果想用PS点亮PL的LED灯，该如何做呢？一是可以通过EMIO控制PL端LED灯，二是通过AXI GPIO的IP实现控制。本章介绍如何使用EMIO控制PL端LED灯的亮灭。同时也介绍了，利用EMIO连接PL端按键控制PL端LED灯。

1. 原理介绍

先来了解GPIO的BANK分布，从图中可知BANK0~BANK2的MIO有78个。BANK3~BANK5的EMIO有96个，本章就是采用EMIO控制PL端LED。

FPGA工程师工作内容

以下为FPGA工程师负责内容。

2. Vivado工程建立

1）以ps_hello工程为基础，另存为一个名为ps_emio的工程，打开ZYNQ配置，把GPIO EMIO勾选上。利用PL端的1个LED，1个按键，在MIO配置中选择EMIO的位宽为2位，配置结束，点击OK。

2）点击多出的GPIO_0端口右键选择Make External，将端口信号导出

3）点击引脚并修改引脚名称为emio，也可以根据自己需求修改名称。保存设计。

4）点击xx.bd右键选择Generate Output Products，重新生成输出文件

5）结束后，顶层文件会更新出新的管脚，下面需要对其进行引脚绑定

3. XDC文件约束PL管脚

1）新建XDC文件，绑定PL端引脚

设置文件名称为emio

2）emio.xdc添加一下内容，端口名称一定要和顶层文件端口一致

##################Compress Bitstream############################set_property BITSTREAM.GENERAL.COMPRESS TRUE [current_design]set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports {emio_tri_io[*]}]#pl ledset_property PACKAGE_PIN W13 [get_ports {emio_tri_io[0]}]#pl keyset_property PACKAGE_PIN AA13 [get_ports {emio_tri_io[1]}]

3）生成bit文件

4）虽然说没有用到PL端的逻辑，但是用到了PL端的引脚，因此导出硬件要选择“Include bitstream”

软件工程师工作内容

以下为软件工程师负责内容。

4. Vitis程序编写

4.1 EMIO点亮PL端LED灯

下图为GPIO的控制框图，实验中会用到输出部分的寄存器，数据寄存器DATA，数据掩码寄存器MASK_DATA_LSW，MASK_DATA_MSW，方向控制寄存器DIRM，输出使能控制器OEN。

一开始编写代码可能会无从下手，我们可以导入Xilinx提供的example工程，在BSP里找到psu_gpio_0，点击Import Examples

在弹出窗口选择“xgpiops_polled_example”，点击OK

会出现一个新的APP工程

1）这个example工程是测试PS端MIO的输入输出的，由于LED是EMIO引出来的，EMIO的MIO号是从78开始的，需要在文件中修改Output_pin为78，测试LED灯。

由于只测试LED灯，也就是输出，我们把输入功能注释掉。保存文件。

2）编译工程

3）Run AsLaunch on Hardware(Single Application Debug)，下载结束后，即可看到PS_LED快速闪烁16次

4）虽然用官方的例子比较方便，但是它的代码看起来比较臃肿，我们可以通过学习它的方法，自己简化写一遍。我们新建一个APP工程。可以在空白处右键NewApplication Project。在ps_led_test的helloworld.c中修改。其实程序步骤很简单，初始化GPIO设置方向输出使能控制GPIO输出值。

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选择硬件描述工程

填入工程名称，并选择相应的CPU

下一步

模板选择Hellow World即可

5）可以看到多了一个APP工程，仍然是基于名为standalone on psu_cortexa53_0的BSP，也就是一个Domain，与前面的example工程共用一个BSP

6）可以将例程的代码复制到helloworld.c中，保存并Build Project

7）编译并下载

即可看到LED1闪烁。

4.2 EMIO实现PL端按键中断

前面介绍了EMIO作为输出控制LED灯，这里讲一下利用EMIO作为按键输入控制LED灯。

1）通过ug1085文档看下GPIO的结构图，中断的寄存器：

INT_MASK：中断掩码

INT_DIS: 中断关闭

INT_EN: 中断使能

INT_TYPE: 中断类型，设置电平敏感还是边沿敏感

INT_POLARITY: 中断极性，设置低电平或下降沿还是高电平或上升沿

INT_ANY: 边沿触发方式，需要INT_TYPE设置为边沿敏感才能使用

设置中断产生方式时需要INT_TYPE、INT_POLARITY、INT_ANY配合使用。具体寄存器含义请参考ug1085部分。

2）本实验设计为按下按键LED灯亮，再按下LED灭。

主程序设计流程如下：

GPIO初始化设置按键和LED方向设置产生中断方式设置中断打开中断控制器打开中断异常打开GPIO中断判断KEY_FLAG值，是1，写LED

中断处理流程：

查询中断状态寄存器判断状态清除中断设置KEY_FLAG值

3）新建名为emio_key的工程，模板为hello world，拷贝例程的程序

4）定义PS按键编号为79，PS LED为78

5）在main函数中，设置LED和按键，将按键中断类型设置为上升沿产生中断。在本实验中，即按键信号的上升沿产生中断。

6）中断控制器设置函数IntrInitFuntions是参考PS定时器中断实验所做，而下面的语句是设置中断优先级和触发方式。即操作ICDIPR和ICDICFR寄存器。

7）在中断服务程序GpioHandler中，判断中断状态寄存器，清除中断，并将按键标志置1。

8）在main函数中，判断按键标志key_flag，向LED写入数据。

9）编译工程并下载程序，观察实验现象，按下KEY1，就可以控制LED1灯亮灭。

5. 固化程序

前面介绍过没有FPGA加载文件情况下如何生成固化程序（详情参考“体验ARM，裸机输出”Hello World”一章）。本章内容生成了FPGA的加载文件，在这里演示一下如何生成固化程序。

与前面一样，也是点击system，右键Build Project即可

软件会自动添加三个文件，第一个引导程序fsbl.elf，第二个为FPGA的bitstream，第三个为应用程序xx.elf，下载方法与前面一样，不再赘述。

6. 引脚绑定常见错误

1）在block design设计中，比如下图，GPIO模块的引脚名设置为了leds和keys，很多人想当然的在XDC里按照这样的名称绑定引脚。

如果打开顶层文件就会发现引脚名称是不一样的，一定要仔细检查，以顶层文件里的引脚名称为准。

否则就会出现以下引脚未绑定的错误

2）如果是手写XDC文件，切记注意空格，这也是非常常见的错误

7. 本章小节

本章进一步学习了PS端的EMIO的使用，虽然将EMIO连接到了PL端的引脚上，但Vitis中的用法还是一样的，从这个例子我们也可以看出，一旦与PL端发生了联系，就需要生成bitstream，虽然几乎没有产生逻辑。