软件版本：Anlogic -TD5.9.1-DR1_ES1.1

操作系统：WIN10 64bit

硬件平台：适用安路(Anlogic)FPGA

实验平台：米联客-MLK-L1-CZ06-DR1M90G开发板

板卡获取平台：https://milianke.tmall.com/

登录“米联客”FPGA社区 http://www.uisrc.com 视频课程、答疑解惑！

目录

1 概述

2 系统框图

3 AXI-GPIO IP概述

3.1 特性

3.2 寄存器空间

4 硬件电路分析

5 搭建SOC系统工程

5.1 SOC系统工程

1:中断设置

2:设置GP Master接口

3:设置复位输出

4:AXI-GPIO

5.2设置AXI外设地址分配

5.3 编译并导出平台文件

6 搭建SDK工程

6.1 创建Platform工程

6.2 创建APP工程

7 程序分析

7.1 axi_gpio_test.c测试程序

8 方案演示

8.1 硬件准备

8.2 实验结果

8.3 实验结果

---

1 概述

本文介绍TD自带IP AXI-GPIO扩展PS IO的使用。我们在前面的文章中通过GPIO PL实现过扩展PS的IO，通过GPIO PL的方式实际上IO控制器还是用PS的。那么AXI-GPIO更多是使用FPGA资源实现的IO的扩展。并且很多应用中，我们会把AXI-GPIO的控制信号用于FPGA内部逻辑和PS之间的数据交互，比如通过AXI-GPIO输出复位信号，或者通过AXI-GPIO的输入中断，扩展出更多中断。

在本文的demo中，我们将实现通过AXI-GPIO扩展2个IO实现按键输入，并且通过按键输入产生2个GPIO中断。

本文实验目的：

1:熟悉AXI-GPIO的硬件资源

2:通过TD搭建AXI-GPIO的SOC工程,通过按键模拟输入

3:使用FD编写AXI-GPIO测试程序，完成GPIO输入、输入中断

2 系统框图

3 AXI-GPIO IP概述

AXI GPIO IP 旨在为 AXI-Lite 接口提供通用输入/输出接口(GPIO)，并且可以将设备配置为单通道或双通道，每个通道的宽度是可以独立配置。AXI GPIO IP 的整体原理架构图如图所示

1. AX14-Lite 接口模块

该模块实现了一个 32 位的 AXI4-Lite slave接口，用于访问 GPIO 通道寄存器

1. 中断控制模块

该模块从 GPIO 通道获取中断状态，并对主机产生中断。当定制IP 时选择“Enable Interrupt”时，该模块将被启用。

1. GPIO控制模块

该模块由寄存器和多路复用器组成，用于读写 AXI GPIO通道寄存器。它还包括必要的逻辑，以便在通道输入发生变化时监测并识别。

1. 三态缓冲

本IP已在顶层加入了三态缓冲逻辑，当 IP 选择 GPIO既有输入端口，又有输出端口时，将根据 GPIO的三态选择信号自行对 GPIO的端口进行输入或输出的选择。

3.1 特性

1. 支持 AXI4-Lite 接口规范
2. 支持可配置的单或双 GPIO 通道
3. 支持从1到 32 位的 GPIO 引脚的可配置通道宽度
4. 支持每个 GPIO 位作为输入或输出的动态编程支持每个通道的单独配置
5. 支持所有寄存器的每个位的独立复位值
6. 支持可选的中断请求生成

3.2 寄存器空间

AXI GPIO IP 的寄存器配置包括 GPIO 数据寄存器、GPIO 三态寄存器和中断寄存器组成。下表列出了 AXI GPIO寄存器及其地址信息。

Address Space	Register Name	Access Type	DefaultValue	Description
0x0000	GPIO DATA	R/W	0x0	GPIO 数据寄存器
0x0004	GPIO TRI	R/W	0x0	GPIO 三态控制寄存器
0x0008	GPIO2 DATA	R/W	0x0	GPIO2 数据寄存器
0x000C	GPIO2 TRI	R/W	0x0	GPIO2 三态控制寄存器
0x0100	IP IER	R/W	0x0	IP 通道中断使能寄存器
0x0104	IP ISR	R/TOW	0x0	IP 中断状态寄存器

1. 中断寄存器只有在启用中断参数时才可用。
2. TOW(Toggle-On-Write)访问是指当一个值为1的数据被写入相应的位时，该位的状态被转换。
3. 地址空间偏移量是相对于 BASEADDR 赋值。
4. 写访问寄存器由 32 位的 AXI 写数据(* wdata)信号更新，且不受字节使能(* wstrb)信号的影响。

4 硬件电路分析

硬件接口和子卡模块请阅读“附录1”

配套工程的FPGA PIN脚定义路径为/soc_prj/uisrc/04_pin

5 搭建SOC系统工程

详细的搭建过程这里不再重复，对于初学读者如果还不清楚如何创建SOC工程的，请学习“01Vitis Soc开发入门”这篇文章。

5.1 SOC系统工程

1:中断设置

2:设置GP Master接口

3:设置复位输出

4:AXI-GPIO

位宽设置为1bit，使能中断

5.2设置AXI外设地址分配

从本节课开始，只要添加的AXI总线外设都要正确分配地址

5.3 编译并导出平台文件

以下步骤简写，有不清楚的看第1篇《01 Soc开发入门》文章。

导出完成后，对应工程路径的soc_hw路径下有硬件平台文件：fpga_prj.hpf的文件。根据硬件平台文件fpga_prj.hpf来创建需要Platform平台。

6 搭建SDK工程

创建soc_base platform和APP工程的过程不再重复，如果不清楚请参考本章节第1个demo。 

6.1 创建Platform工程

6.2 创建APP工程

7 程序分析

7.1 axi_gpio_test.c测试程序

/*
 * Copyright (c) 2023, Anlogic Inc. and Contributors. All rights reserved.
 *
 * SPDX-License-Identifier: BSD-3-Clause
 */

#include <stdio.h>
#include <math.h>
#include <time.h>
#include "al_core.h"
#include <stdlib.h>
#include "ui_io.h"
#include "ui_type.h"

#define AXI_GPIO0_DATA_REG (0X80000000 + 0)
#define AXI_GPIO0_TRI_REG  (0X80000000 + 4)
#define AXI_GPIO0_IER_REG  (0X80000000 + 0x100)
#define AXI_GPIO0_SER_REG  (0X80000000 + 0x104)

#define AXI_GPIO1_DATA_REG (0X80100000 + 0)
#define AXI_GPIO1_TRI_REG  (0X80100000 + 4)
#define AXI_GPIO1_IER_REG  (0X80100000 + 0x100)
#define AXI_GPIO1_SER_REG  (0X80100000 + 0x104)

#define PL_IRQ_NUM0  114
#define PL_IRQ_NUM1  115

//pl interrupt call_back function
int gpio0_intr_func_handle(void) {

	printf("btn0 intr_func_handle\r\n");
	UI_Out32(AXI_GPIO0_SER_REG,0x01);//set gpio input
	return 0;
}

int gpio1_intr_func_handle(void) {

	printf("btn1 intr_func_handle\r\n");
	UI_Out32(AXI_GPIO1_SER_REG,0x01);//set gpio input
	return 0;
}

int main()
{
	u32 btn_val;

	printf("AXI GPIO TEST!\r\n");
	printf("PL interrupt  TEST!\r\n");

	UI_Out32(AXI_GPIO0_TRI_REG,0x01);//set gpio input
	UI_Out32(AXI_GPIO0_IER_REG,0x01);//set gpio channel1 interrupt enable

	UI_Out32(AXI_GPIO1_TRI_REG,0x01);//set gpio input
	UI_Out32(AXI_GPIO1_IER_REG,0x01);//set gpio channel1 interrupt enable

	AL_INTR_AttrStrct *IntrAttr_PL_INTER0 = malloc(sizeof(AL_INTR_AttrStrct));
	IntrAttr_PL_INTER0->TrigMode = POSTIVE_EDGE_TRIGGER;// set interrupt as edge trigger
	IntrAttr_PL_INTER0->Priority   =  137,
	AlIntr_RegHandler(PL_IRQ_NUM0, IntrAttr_PL_INTER0, gpio0_intr_func_handle, NULL);

	AL_INTR_AttrStrct *IntrAttr_PL_INTER1 = malloc(sizeof(AL_INTR_AttrStrct));
	IntrAttr_PL_INTER1->TrigMode = POSTIVE_EDGE_TRIGGER;// set interrupt as edge trigger
	IntrAttr_PL_INTER1->Priority   =  137,
	AlIntr_RegHandler(PL_IRQ_NUM1, IntrAttr_PL_INTER1, gpio1_intr_func_handle, NULL);

    AlIntr_SetLocalInterrupt(1); // enable local interrupt

	while(1)
	{
	}

    return 0;
}

8 方案演示

8.1 硬件准备

本实验需要用到JTAG下载器、USB转串口外设，另外需要把SW1模式开关设置到JTAG模式

按下如上箭头所指的按键。

8.2 实验结果

由于添加了PL端按键资源，所以Debug时需要将TD生成的soc_prj/soc_prj_Runs/best_result/soc_prj.bit文件同时添加进来，在debug前会先下载PL端资源后启动SOC部分。

8.3 实验结果

每次按下按键产生一个中断，每次松开按键也会产生一个中断。总之，只要按键的状态发生改变就会产生中断。