AXI_GPIO

2024-06-10 23:28
文章标签 gpio axi

本文主要是介绍AXI_GPIO，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！

REVIEW

关于PS端已经学习过：

zynq PS端 GPIO-CSDN博客

zynq PS点灯-CSDN博客

C基础与SDK调试方法-CSDN博客

Zynq上GPIO无论是MIO还是EMIO，都是属于PS侧的资源，相当于是硬核。

而作为一个PS与PL相互协作的平台，当PS侧的GPIO硬核不够用或者无法使用的场合，我们能否使用PL端的逻辑资源来构建一个或多个GPIO软核呢？

AXI_GPIO

1.  今日摸鱼任务

简单学习对 AXI GPIO 核，
并以 AXI GPIO 核为基础，
完成 EDA 拓展板上拨码开关控制 LED 亮灭实验。

小梅哥视频：

12A_AXI_GPIO原理与应用(一)_哔哩哔哩_bilibili

12B_AXI_GPIO原理与应用(二)_哔哩哔哩_bilibili

小梅哥课程笔记：【zynq课程笔记】【裸机】【第12课 】【AXI_GPIO原理与应用】 - ACZ702开发板 - 芯路恒电子技术论坛 - Powered by Discuz! (corecourse.cn)

小梅哥教材：

03_【裸机教程】基于C编程的Zynq裸机程序设计与应用教程v2.4.5.pdf

第三章 基于 AXI GPIO 的 LED 亮灭

2.  AXI 总线接口

AXI ，即 Advanced Extensible Interface（高级可扩展接口），它是由 Arm 定义的接口协议，包含在“高级微控制器总线架构 AMBA”标准中。
AXI是一种总线协议，是一种面向高性能、高带宽、低延迟的片内总线。
它的地址/控制和数据相位是分离的，支持不对齐的数据传输，同时在突发传输中，只需要首地址，同时分离的读写数据通道、并支持 Outstanding 传输访问和乱序访问，并更加容易进行时序收敛。
在 ZYNQ7000 系列开发板上 AXI 协议，通常指 AXI4 协议。该协议共包含三种接口，也可以说是三种总线，分别为 AXI4 、 AXI-Lite 、 AXI-Stream ，在 ZYNQ 内部实现着 PS 与 PL 之间的交互，不同接口面向不同的应用场景，分别如下：
AXI4：
(AXI4-Full)
主要面向 高性能地址映射 （ memory map）通信的需求，是面向地址映射的接口，在单地址传输的情况下最大允许 256 个时钟周期的数据突发长度。
AXI4 总线允许符合 AXI4 的系统实现非常高的数据吞吐量，同时还支持数据大小调整、多个 outstanding 操作和乱序事务处理。
在硬件级别， AXI4 允许为每个 AXI 主从对使用不同的时钟构建系统。
此外， AXI4 协议允许插入寄存器片（通常称为流水线级）以帮助时序收敛。
为了与 AXI4-Lite 区分， AXI4 也被叫作 AXI4-Full 。
AXI4-Lite：
用于 简单、低吞吐量的内存映射 通信
（例如，与控制寄存器和状态寄存器之间的通信）
是一个轻量级的地址映射单次传输接口，占用很少的逻辑单元。
该接口是 AXI4 接口的简化版，突发长度从 256 被限制到 1，
也就意味着无法进行突发传输，逻辑资源的减少，
也就导致无法实现较为复杂功能。
AXI4-Stream：
主要面向 高速流数据传输
与 AXI4 的区别是没有了地址接口，因此不涉及读写数据的概念，数据只是进行简单的接收与发送。
这种方式减少了传输时的延时，允许无限制的数据突发传输规模。
虽然 ZYNQ 支持这三种总线，
但是在 ZYNQ 的 PS 与 PL 之间仅支持 AXI4 与 AXI4-Lite 总线，
AXI4-Stream 总线只能在 PL 中实现。

3.  AXI_GPIO

 Xilinx官方为我们提供了一个名为AXI GPIO的软核。该核使用标准的AXI总线与PS交互，用户可以通过AXI总线，控制AXI GPIO的输入输出模式、输出值、读取指定引脚等。该IP核的结构如下：

从图中可以看出，最右侧有两个具有三态输出功能的端口，分别为GPIO和GPIO2，这也就意味着该控制器可以最多提供2个通道的GPIO。
每个通道的GPIO都有3个标准的信号，也就是输出值（GPIO_O）、输入值（GPIO_I）以及管脚输出使能控制信号（GPIO_T）。
输出值GPIO_O : 使用一个名为GPIO_DAT的寄存器/D触发器存储所需要输出的值
输入值GPIO_I : 使用一个名为GPIO_DATA_IN的寄存器/D触发器存储GPIO Pin管脚上的值
输出使能控制信号GPIO_T : 使用一个名为GPIO_TRI的寄存器/D触发器存储设置状态

这两个三态缓冲器工作时，其输入输出状态受GPIO_T信号控制。

当GPIO_T=0时，为输出态，三态缓冲器会输出GPIO_O的值；

当GPIO_T=1时，为输入态，此时GPIO_I的值会输入到AXI GPIO中。

因此，我们只需要通过对这3个寄存器进行读写，就能够实现对该Pin的状态的控制和读取。

这些寄存器由谁读写，又是通过什么方式读写呢？

这个就是我们刚刚提到的，PS通过AXI4-Lite总线来读写这些寄存器。

另外该控制器还提供了中断检测逻辑，以及中断控制寄存器，

用于中断检测以及中断使能/屏蔽/状态显示。

4.  设计流程

本次实验框图：

①配置设置

基础流程可以参照：zynq PS点灯-CSDN博客

本次只记录一些重点：

添加IP核：ZYNQ + AXI GPIO

本次ZYNQ只需要配置DDR:

配置AXI_GPIO核：两通道8位：

快进到配置引脚：使用的是xc7z010clg400-1 + EDA扩展版

生成.xdc .bit   .hdf文件

②Launch SDK

打开 COMMON.h 文件：
添加 AXI_GPIO 的头文件声明：
#include "AXI_GPIO.h"
随后在用户宏定义下添加 AXI GPIO 的器件 ID 宏定义：
#define GPIO_0_ID XPAR_AXI_GPIO_0_DEVICE_ID

main.c
#include"COMMON.h"
int main(void)
{
    uint32_t State;
    AXI_GPIO_Init(&AXI_GPIO0,GPIO_0_ID); //初始化 AXI GPIO0
    //设置通道 1 为输入
    AXI_GPIO_Set_Channel(&AXI_GPIO0, XGPIO_IR_CH1_MASK, 0xFF, 0);
    //设置通道 2为输出
    AXI_GPIO_Set_Channel(&AXI_GPIO0, XGPIO_IR_CH2_MASK, 0x00, 0);
        while(1)
        {
            //读取通道 1 输入的值
            State = XGpio_DiscreteRead(&AXI_GPIO0,XGPIO_IR_CH1_MASK);
            //将通道 2 设置为输出，输出从通道 1 读取的值
            AXI_GPIO_Set_Channel(&AXI_GPIO0, XGPIO_IR_CH2_MASK, 0, State);
        }
        
    return 0;
}
在弹幕里面学到的，字体放大： Ctrl + Shift + '+' 

此时的效果：

拨码开关可控制对应的LED亮灭

5.  代码解析

AXI_GPIO_Init(XGpio *InstPtr, uint16_t DeviceId)
/*****************************************************************************
**  @brief    初始化AXI_GPIO
**  @param    InstPtr        GPIO实例指针
**  @param    DeviceId    GPIO设备ID
**    Sample:    AXI_GPIO_Init(&AXI_GPIO0,GPIO_0_ID);    //初始化AXI GPIO0
*****************************************************************************/
void AXI_GPIO_Init(XGpio *InstPtr, uint16_t DeviceId)
{
    XGpio_Initialize(InstPtr, DeviceId);
}
AXI_GPIO_Set_Channel(XGpio *InstPtr, uint8_t Channel, uint32_t Dri, uint32_t Data)
/*****************************************************************************
**  @brief    设定AXI GPIO某通道的模式与状态
**  @param    InstPtr        GPIO实例指针
**  @param    Channel        GPIO通道，1或2
**  @param    Dir            输入/输出：0为输出，1为输入，每一位表示一个引脚
**  @param    Data        输出电平高低：0为低，1为高，每一位表示一个引脚
**  Sample:    //设置Gpio0的通道1全为输出模式，且全输出为低电平
**          AXI_GPIO_Set_Channel(&AXI_GPIO0, XGPIO_IR_CH1_MASK, 0, 0);
*****************************************************************************/
void AXI_GPIO_Set_Channel(XGpio *InstPtr, uint8_t Channel, uint32_t Dri, uint32_t Data)
{
    XGpio_SetDataDirection(InstPtr, Channel, Dri);
    XGpio_DiscreteWrite(InstPtr, Channel, Data);
}
XGpio_DiscreteRead(XGpio * InstancePtr, unsigned Channel)

/****************************************************************************/
/**
* Read state of discretes for the specified GPIO channnel.
*
* @param    InstancePtr is a pointer to an XGpio instance to be worked on.
* @param    Channel contains the channel of the GPIO (1 or 2) to operate on.
*
* @return    Current copy of the discretes register.
*
* @note        The hardware must be built for dual channels if this function
*        is used with any channel other than 1.  If it is not, this
*        function will assert.
*
*****************************************************************************/
u32 XGpio_DiscreteRead(XGpio * InstancePtr, unsigned Channel)
{
    Xil_AssertNonvoid(InstancePtr != NULL);
    Xil_AssertNonvoid(InstancePtr->IsReady == XIL_COMPONENT_IS_READY);
    Xil_AssertNonvoid((Channel == 1) ||
            ((Channel == 2) && (InstancePtr->IsDual == TRUE)));

    return XGpio_ReadReg(InstancePtr->BaseAddress,
                  ((Channel - 1) * XGPIO_CHAN_OFFSET) +
                  XGPIO_DATA_OFFSET);
}

算法流程大致相同：

        初始化GPIO驱动程序

        设置指定引脚方向

        读/写指定管脚的值/状态

不同点

PS GPIO在输出指定管脚的值/状态时，需要先使能该引脚作为输出。

而在硬件逻辑系统设计方面，AXI GPIO则是与EMIO类似，由于使用的是PL端引脚，在导出后还需要进行管脚分配和约束。

尝试控制单个Pin

#include"COMMON.h"
int main(void)
{
    uint32_t State;
    AXI_GPIO_Init(&AXI_GPIO0,GPIO_0_ID); //初始化 AXI GPIO0
    //设置通道 1 为输入
    AXI_GPIO_Set_Channel(&AXI_GPIO0, XGPIO_IR_CH1_MASK, 0xFF, 0);
    //设置通道 2为输出
    AXI_GPIO_Set_Channel(&AXI_GPIO0, XGPIO_IR_CH2_MASK, 0x00, 0);
        while(1)
        {
            //读取通道 1 ，拨码开关7输入的值
            State = AXI_GPIO_GetPin(&AXI_GPIO0, XGPIO_IR_CH1_MASK,7);
            //通道 2 ，led5设置为输出，输出从通道 1 拨码开关7读取的值
            AXI_GPIO_SetPin(&AXI_GPIO0, XGPIO_IR_CH2_MASK, 5, State);
        }

    return 0;
}

6. 小作业

配置AXI GPIO为单通道16位位宽，

通过软件编程，将高8位配置为输入，获取拨码开关电平；

将低8位设置为输出，使用从拨码开关获取的电平控制LED，

实现拨码开关控制LED亮灭设计。

这篇关于AXI_GPIO的文章就介绍到这儿，希望我们推荐的文章对编程师们有所帮助！


http://www.chinasem.cn/article/1049571。

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