【AMD Xilinx】ZUBoard（2）：通过AXI GPIO控制PL端的管脚输出

一、基本功能和流程

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【AMD Xilinx】Avnet高性价比MPSoC评估板-ZUBoard（1）：基本资料和开发流程

这篇讲解如何实现一个PL+PS结合的工程。虽然只是一个很简单的例子，但是涉及到arm裸机程序编写、调试、fpga开发、ip核配置、管脚分配、时序约束。能独立走完这个流程，就算是对MPSoC入门了。

要实现的功能大致如下：

• ARM程序通过AXI总线给PL发送数据
• AXI GPIO控制对应IO输出高低电平
• 6个IO连接到两颗RGB三色LED，每3个IO一组，控制LED的R、G、B三种颜色的开关

二、Vivado工程

1. 总体框图

这个工程基于上一章介绍的zub1cg_sbc_base工程，整体框图如下。图片太大，分辨率问题看不太清，这里仅供参考。实际操作请打开Vivado查看。这次的例程我们只需要关注axi-gpio部分

2. AXI GPIO相关部分

3. 配置AXI GPIO

双击打开配置，设置为output，3根io输出则位宽设置为3位，初始值低电平，灯不亮。
注意下面有个GPIO2，后面在编程时会用到channel值，指的就是选择GPIO还是GPIO2

如果对于一个新ip如果不熟悉它的用法，点左上角的Documentation -> Product Guide就可以跳转到对应的文档

4. 绑定管脚

4.1 根据原理图查找对应管脚

4.1.1 LED0

根据原理图，D4对应的3个控制管脚分别是A7(Red) 、B6(Green)、 B5(Blue)

4.1.2 LED1

根据原理图，D5对应的3个控制管脚分别是B4(Red) 、A2(Green)、 F4(Blue)

4.2 I/O Planning

在Layout-> I/O Planning

5. XDC

set_property IOSTANDARD LVCMOS18 [get_ports {rgb_led*}]

set_property PACKAGE_PIN A7 [get_ports {rgb_led_0_tri_o[0]}]; # HD_GPIO_RGB1_R 
set_property PACKAGE_PIN B6 [get_ports {rgb_led_0_tri_o[1]}]; # HD_GPIO_RGB1_G 
set_property PACKAGE_PIN B5 [get_ports {rgb_led_0_tri_o[2]}]; # HD_GPIO_RGB1_B 

set_property PACKAGE_PIN B4 [get_ports {rgb_led_1_tri_o[0]}]; # HP_GPIO_RGB2_R 
set_property PACKAGE_PIN A2 [get_ports {rgb_led_1_tri_o[1]}]; # HP_GPIO_RGB2_G 
set_property PACKAGE_PIN F4 [get_ports {rgb_led_1_tri_o[2]}]; # HP_GPIO_RGB2_B 

三、ARM代码

1. 地址空间

对于ARM来说，PL端的AXI GPIO就是一段地址空间，通过读写这段地址来实现对PL管脚的控制

我们配置的rgb_led0和rgb_led1分别对应地址axi_gpio_0和axi_gpio_1

对应的C代码的宏定义在xparameters.h里面

2. 函数说明

初始化gpio
int XGpio_Initialize(XGpio * InstancePtr, u16 DeviceId)

设置IO输入还是输出
void XGpio_SetDataDirection(XGpio *InstancePtr, unsigned Channel,
u32 DirectionMask)
设置为高
void XGpio_DiscreteWrite(XGpio * InstancePtr, unsigned Channel, u32 Mask)

设置为低
void XGpio_DiscreteClear(XGpio * InstancePtr, unsigned Channel, u32 Mask)

在bsp页面，点击对应外设后面的Documentation Link，就可以跳转到对应的API说明文档

3. 实际的C代码实现

先用hello world模板创建一个新工程，把下面的代码复制进去

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

#include "sleep.h"
#include "xgpio.h"

//RGB三色灯的颜色值，有红绿黄3种单色，还有紫色、黄色、青色、白色4种组合色。总共可以显示7种颜色
#define LED 0x07
#define LED_RED 0x01
#define LED_GREEN 0x02
#define LED_BLUE 0x04

#define LED_PURPLE (LED_RED | LED_BLUE)
#define LED_YELLOW (LED_RED | LED_GREEN)
#define LED_CYAN   (LED_GREEN | LED_BLUE)
#define LED_WHITE  (LED_RED | LED_GREEN | LED_BLUE)

//Gpio信息
XGpio Gpio[2];

//两路LED对应的设置ID
int Gpio_led_rgb_device_id[2] = {
		XPAR_GPIO_0_DEVICE_ID,
		XPAR_GPIO_1_DEVICE_ID
};

//两路LED对应的通道ID，前面有提过，单通道填1，如果是GPIO2则填2
int led_rgb_channel[2] = {1, 1};


void delay_ms(int ms)
{
	usleep(ms * 1000L);
}

int main()
{
	int Status;
	int led_out;
	int i;
	int j;
	int count;

    init_platform();

    for(i = 0; i < 2; i++){
    	//初始化GPIO
		Status = XGpio_Initialize(&Gpio[i], Gpio_led_rgb_device_id[i]);
		if (Status != XST_SUCCESS) {
			xil_printf("Gpio Initialization Failed\r\n");
			return XST_FAILURE;
		}
		//bit 0为输出，1为输入。这里把除LED外的其他IO设置为输入
		XGpio_SetDataDirection(&Gpio[i], led_rgb_channel[i], ~LED);
    }

    count = 0;
	while (1) {
		//两个3色LED灯，每个灯有3种颜色，每种颜色点亮一次。灯1红绿蓝，灯2红绿蓝，共6次
		for(i = 0; i < 2; i++) {
			led_out = 1;
			for(j = 0; j < 3; j++) {
				xil_printf("count=%d  LED%d led=0x%.2X\n\r", ++count, i, led_out);//打印日志，用来判断是否在运行
				XGpio_DiscreteWrite(&Gpio[i], led_rgb_channel[i], led_out);//点亮
				delay_ms(500);

				XGpio_DiscreteClear(&Gpio[i], led_rgb_channel[i], led_out);//熄灭
				delay_ms(500);

				led_out <<= 1;
			}
		}
	}

	//实际并不会执行到这里
    print("Successfully ran Hello World application");
    cleanup_platform();
    return 0;
}

然后debug运行即可

4. 测试结果

运行结果如视频所示，灯1红绿蓝依次亮500ms，然后是灯2红绿蓝，总共6秒一个循环。
这样就实现了一个用arm端的C代码控制fpga端gpio的案例