ZYNQ-Vitis(SDK)裸机开发之（四）PS端MIO和EMIO的使用

news2024/11/25 9:06:03

一、ZYNQ中MIO和EMIO简介

二、Vivado中搭建block design

1.配置PS端MIO：

2.配置PS端EMIO：

三、Vitis中新建工程进行GPIO控制

1. GPIO操作头文件gpio_hdl.h：

2.GPIO操作源文件gpio_hdl.c：

3.main函数进行调用

例程开发环境：

SOC芯片：ZYNQ7020

开发环境：Vivado2020.2，Vitis2020.2

一、ZYNQ中MIO和EMIO简介

以ZYNQ7020为例，GPIO总共118个，分为了4个bank（ZU+的GPIO和bank数量有所增加），其中MIO有两个bank，需要注意的是bank1的GPIO数量只有22个，其余三个都有32个。

MIO和EMIO均为PS端的GPIO，由PS控制，其中MIO可直接配置复用成PS外设，而EMIO则可以连接到PL端，复用为PL端搭建的外设资源

二、Vivado中搭建block design

Vivado工程详细搭建方法，可见以下文章：

ZYNQ-Linux开发之（二）Vivado工程搭建、Block Design设计搭建、PS、PL的IP核的使用配置

该工程是在ZYNQ-Vitis(SDK)裸机开发之（一）基础上进行的修改，具体文件见如下连接：

ZYNQ-Vitis（SDK）裸机开发之（一）串口收发使用：PS串口+PL串口、多个串口使用方法

1.配置PS端MIO：

双击IP核进行配置，选择MIO Configuration-----I/O Peripherals-----GPIO MIO，勾选后，默认全部MIO都启用

PS端的MIO是不需要在XDC文件中进行约束的，可直接使用

我的板卡使用的是MIO7和MIO8，分别控制两个LED灯，需要根据自己的原理图进行选择

2.配置PS端EMIO：

双击IP核进行配置，选择MIO Configuration-----I/O Peripherals-----GPIO EMIO，勾选后，选取使用的EMIO个数，我这选择使用4个EMIO，其中两个用来控制PL端的LED，剩余两个用作其他使用，这里不用管。

勾选EMIO后，要将连接LED的PL端引脚与EMIO进行约束，这样才能通过EMIO来控制PL端LED的亮灭，值得注意的是，选取EMIO后，系统默认是从GPIO0开始使用，约束的话也要从GPIO[0]开始约束，在XDC文件中增加管脚约束，具体对应引脚需要根据自己项目的硬件原理图确定，我的PL端两个LED分别连接到了L15和H15，对应XDC文件中约束到GPIO[0]和GPIO[1]上如下：

三、Vitis中新建工程进行GPIO控制

1. GPIO操作头文件gpio_hdl.h：

（1）定义GPIO初始化以及配置使用的实例（多个GPIO其实可以公用同一个实例，这里为了方便分区才每个GPIO都实例化了一个结构体）

（2）使用宏定义重新定义PS GPIO的外设ID号

（3）定义工程中使用到的GPIO号，这里有个需要注意的地方，在第一章节就说明了，GPIO分为4个bank，其中0、1bank是MIO，2、3bank是EMIO，工程中使用了两个MIO和两个EMIO，那么这四个GPIO对应的IO号并不是连续的，参见如下关系可知，本工程中MIO对应的GPIO号是7、8，EMIO对应的GPIO号是54、55（因为在vivado中约束时，将PL端的LED约束到了EMIO的[0]和[1]上，从bank的开头数起，对应bank2上的GPIO号即54、55）

* Max pins in the GPIO device ZYNQ

* 0 - 31, Bank 0

* 32 - 53, Bank 1

* 54 - 85, Bank 2

* 86 - 117, Bank 3

（4）定义一些枚举变量，用来表示GPIO的输入输出方向、电平的高低、以及是否使能状态等

（5）声明一些GPIO操作相关的函数，例如GPIO初始化、GPIO点评输出、GPIO输入等操作函数

/*!
    \file    gpio_hdl.h
    \brief   firmware functions to manage gpio
    \version 2024-04-10, V1.0.0
	\author  tbj
*/

#ifndef GPIO_HDL_H
#define GPIO_HDL_H

#include "xgpiops.h"

#ifdef __cplusplus
 extern "C" {
#endif

//GPIO初始化实例
XGpioPs MIOLed0, MIOLed1, EMIOLed0, EMIOLed1;

//GPIO外设地址ID
#define GPIO_DEVICE_ID		XPAR_XGPIOPS_0_DEVICE_ID

//LED灯对应的PS和PL的IO
#define LED0_GPIO_PS_MIO		7
#define LED1_GPIO_PS_MIO		8
#define LED0_GPIO_PL_EMIO		55
#define LED1_GPIO_PL_EMIO		54

typedef enum{
	GPIO_DIR_INPUT = 0,
	GPIO_DIR_OUTPUT,
}GPIO_DIR;

typedef enum{
	GPIO_VALUE_OFF = 0,
	GPIO_VALUE_ON,
}GPIO_VALUE;

typedef enum{
	GPIO_DISABLE = 0,
	GPIO_ENABLE,
}GPIO_EN_STU;

//初始化GPIO
int gpio_polled_init(XGpioPs * Gpio_Ptr, u32 Gpio_Pin, GPIO_DIR Gpio_dir, GPIO_VALUE Gpio_init_value,
 		GPIO_EN_STU Gpio_en);
//设置GPIO输出
int set_gpio_value(XGpioPs * Gpio_Ptr, u32 Gpio_Pin, GPIO_VALUE Gpio_value);
//读取GPIO输入
int read_gpio_value(XGpioPs * Gpio_Ptr, u32 Gpio_Pin, GPIO_VALUE *Gpio_value);

#ifdef __cplusplus
}
#endif

#endif /* GPIO_HDL_H */

2.GPIO操作源文件gpio_hdl.c：

（1）分别对头文件中声明的三个GPIO相关函数进行了实现

/*!
    \file    gpio_hdl.c
    \brief   firmware functions to manage gpio
    \version 2024-04-10, V1.0.0
	\author  tbj
*/

#include "gpio_hdl.h"

//GPIO初始化实例,因为EMIO也属于PS，所以都使用XGpioPs结构体（多个GPIO也可以只初始化一个实例共用）

/* 功能：gpio初始化函数
 * 参数1：GpioPtr-GPIO对象指针
 * 参数2：Gpio_Pin-GPIO对应pin
 * 参数3：Gpio_dir-GPIO方向，输入还是输出
 * 参数4：Gpio_init_value-GPIO初始化值
 * 参数5：Gpio_en-GPIO是否使能
 * 说明：Gpio_init_value和Gpio_en，只有配置输出时有效，配置为输入模式时，可以随意填写
 */
int gpio_polled_init(XGpioPs * Gpio_Ptr, u32 Gpio_Pin, GPIO_DIR Gpio_dir, GPIO_VALUE Gpio_init_value,
		GPIO_EN_STU Gpio_en){

	int Status;
	XGpioPs_Config *ConfigPtr;

	ConfigPtr = XGpioPs_LookupConfig(GPIO_DEVICE_ID);
	Status = XGpioPs_CfgInitialize(Gpio_Ptr, ConfigPtr,
					ConfigPtr->BaseAddr);
	if (Status != XST_SUCCESS) {
		return XST_FAILURE;
	}

	//配置GPIO的输入输出模式
	XGpioPs_SetDirectionPin(Gpio_Ptr, Gpio_Pin, Gpio_dir);

	//如果GPIO配置为输出模式，还要配置使能和默认输出值
	if(Gpio_dir == GPIO_DIR_OUTPUT){
		//使能输出的GPIO
		XGpioPs_SetOutputEnablePin(Gpio_Ptr, Gpio_Pin, Gpio_en);
		//初始化GPIO的值
		XGpioPs_WritePin(Gpio_Ptr, Gpio_Pin, Gpio_init_value);
	}

	/*
	 *	Max pins in the ZynqMP GPIO device	ZU+
	 *	0 - 25,  Bank 0
	 *	26 - 51, Bank 1
	 *	52 - 77, Bank 2
	 *	78 - 109, Bank 3
	 *	110 - 141, Bank 4
	 *	142 - 173, Bank 5
	 */

	/*
	 *	Max pins in the GPIO device	ZYNQ
	 *	0 - 31,  Bank 0
	 *	32 - 53, Bank 1
	 *	54 - 85, Bank 2
	 *	86 - 117, Bank 3
	 */
	return XST_SUCCESS;
}

/* 功能：设置GPIO的值
 * 参数1：GpioPtr-GPIO对象指针
 * 参数2：Gpio_Pin-GPIO对应pin
 * 参数3：Gpio_value-GPIO输出值
 */
int set_gpio_value(XGpioPs * Gpio_Ptr, u32 Gpio_Pin, GPIO_VALUE Gpio_value){

	u32 Data;
	XGpioPs_WritePin(Gpio_Ptr, Gpio_Pin, Gpio_value);

	Data = XGpioPs_ReadPin(Gpio_Ptr, Gpio_Pin);
	if (Data != Gpio_value) {
		return XST_FAILURE;
	}

	return XST_SUCCESS;
}

/* 功能：读取GPIO的值
 * 参数1：GpioPtr-GPIO对象指针
 * 参数2：Gpio_Pin-GPIO对应pin
 * 参数3：Gpio_value-GPIO读取值
 */
int read_gpio_value(XGpioPs * Gpio_Ptr, u32 Gpio_Pin, GPIO_VALUE *Gpio_value){

	*Gpio_value = (GPIO_VALUE)XGpioPs_ReadPin(Gpio_Ptr, Gpio_Pin);
	return XST_SUCCESS;
}

3.main函数进行调用

（1）初始化GPIO相关状态，进行输入输出、使能等配置

（2）每隔1秒进行LED等的亮灭操作，查看GPIO输出操作是否好用

int main()
{
		//MIO EMIO测试
#ifdef GPIO_Test
	//初始化GPIO，包括输入输出模式、初始值、是否使能等
	gpio_polled_init(&MIOLed0, LED0_GPIO_PS_MIO, GPIO_DIR_OUTPUT, GPIO_VALUE_OFF, GPIO_ENABLE);
	gpio_polled_init(&MIOLed1, LED1_GPIO_PS_MIO, GPIO_DIR_OUTPUT, GPIO_VALUE_OFF, GPIO_ENABLE);
	gpio_polled_init(&EMIOLed0, LED0_GPIO_PL_EMIO, GPIO_DIR_OUTPUT, GPIO_VALUE_OFF, GPIO_ENABLE);
	gpio_polled_init(&EMIOLed1, LED1_GPIO_PL_EMIO, GPIO_DIR_OUTPUT, GPIO_VALUE_OFF, GPIO_ENABLE);
#endif

	while(1){
	//************************************GPIO-Test*********************************//
#ifdef GPIO_Test
		set_gpio_value(&EMIOLed0, LED0_GPIO_PL_EMIO, GPIO_VALUE_ON);
		sleep(1);
		set_gpio_value(&EMIOLed0, LED0_GPIO_PL_EMIO, GPIO_VALUE_OFF);
		set_gpio_value(&EMIOLed1, LED1_GPIO_PL_EMIO, GPIO_VALUE_ON);
		sleep(1);
		set_gpio_value(&EMIOLed1, LED1_GPIO_PL_EMIO, GPIO_VALUE_OFF);

		set_gpio_value(&MIOLed0, LED0_GPIO_PS_MIO, GPIO_VALUE_ON);
		sleep(1);
		set_gpio_value(&MIOLed0, LED0_GPIO_PS_MIO, GPIO_VALUE_OFF);
		set_gpio_value(&MIOLed1, LED1_GPIO_PS_MIO, GPIO_VALUE_ON);
		sleep(1);
		set_gpio_value(&MIOLed1, LED1_GPIO_PS_MIO, GPIO_VALUE_OFF);

#endif

	}
    return 0;
}

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