AXI GPIO IP核配置详解

news2024/10/5 13:47:41

AXI GPIO（AXI General-Purpose Input/Output）设计提供了一个通用的输入/输出接口，该接口连接到一个AXI4-Lite接口。AXI GPIO可以被配置为单通道或双通道设备，每个通道的位宽可以独立配置。

端口（即GPIO引脚）可以通过启用或禁用三态缓冲器来动态配置为输入或输出。这些通道还可以配置为当它们的任何一个输入发生转变时生成中断。

1 功能

AXI GPIO IP核的顶层框图（如下图所示）通常包含几个关键模块，这些模块协同工作以实现其通用输入/输出功能。

以下是根据通常的AXI GPIO设计对顶层框图的简要描述：

AXI4-Lite接口

AXI4-Lite是AXI协议的一个子集，特别适用于需要简单、轻量级通信的场景。在这个设计中，AXI4-Lite接口模块作为一个从设备（slave）实现，提供32位的数据通道，允许主设备（如处理器或控制器）通过AXI4-Lite协议访问GPIO通道寄存器。这些寄存器用于控制GPIO通道的配置、输入/输出状态等。

中断控制

负责从GPIO通道获取中断状态，并在满足条件时向主机生成中断信号。当中断使能选项在Vivado集成设计环境（IDE）中设置时，中断控制模块将被启用。这样，当GPIO通道的输入发生变化时，中断控制模块可以检测到这种变化，并生成一个中断信号通知主机。主机可以响应这个中断信号，执行相应的中断处理程序。

GPIO 核

GPIO核包含用于读写AXI GPIO通道寄存器的寄存器和多路复用器。这些寄存器用于存储GPIO通道的配置信息、输入/输出状态等。多路复用器用于在读取或写入操作时选择正确的寄存器。此外，GPIO核还包括必要的逻辑来识别当通道输入发生变化时的中断事件。

上图中的三态缓冲器（3-state buffers）并不是GPIO核的一部分。这些三态缓冲器是在使用Vivado设计套件生成输出产品时自动添加到顶层设计包装文件中的。它们用于控制GPIO引脚的输入/输出状态，并提供与外部电路的接口。

2 配置

（1）打开一个工程或生成一个新的工程；

（2）如下图所示，找到AXI GPIO IP核；

（3）双击IP，或从工具栏或右键菜单中选择“Customize IP”命令，打开该IP核的配置页。

GPIO

All Inputs

功能：将所有GPIO通道位设置为输入模式。当选中此选项时，所有相关的GPIO引脚都将被配置为接收外部信号，而不是发送信号。
默认状态：此选项是未选中的（unchecked），意味着GPIO通道位不会默认被配置为输入模式。

All Outputs

功能：将所有GPIO通道位设置为输出模式。当选中此选项时，所有相关的GPIO引脚都将被配置为发送信号到外部设备，而不是接收信号。
默认状态：此选项是未选中的（unchecked），意味着GPIO通道位不会默认被配置为输出模式。

GPIO Width

功能：定义了GPIO通道的位宽，决定了GPIO IP核可以管理的GPIO引脚数量。例如，如果GPIO Width设置为8，那么GPIO IP核就可以控制8个GPIO引脚。
默认状态：其值可以从1到32，默认值是32。

Default Output Value

功能：设置此通道所有启用位的默认值。当GPIO引脚被配置为输出模式时，这个值决定了它们在上电或复位后的初始状态。例如，如果Default Output Value设置为0xFF（8位模式），那么所有GPIO引脚在上电后都将输出高电平。
默认状态：此参数设置为0x0（即所有位都是0）。

Default Tri State Value

功能：配置了GPIO通道每个位的输入或输出模式。这里的“Tri State”可能指的是GPIO引脚的初始状态或默认模式，其中“0”代表输出模式，“1”代表输入模式。但具体实现可能因不同的IP核而异。
默认状态：这个字段的值为0xFFFFFFFF，将所有GPIO位配置为输入模式。

Enable Dual Channel

功能：启用第二个GPIO通道（GPIO2），当此参数被启用时，GPIO2选项被激活，并配置Channel-2 (GPIO2)寄存器。允许使用同一个AXI GPIO IP核来控制两个独立的GPIO通道。这在需要管理大量GPIO引脚时特别有用。
默认状态：此参数是未选中的，将AXI GPIO配置为单通道模式。