ZYNQ笔记（四）：AXI GPIO

news2025/4/18 21:24:12

版本：Vivado2020.2（Vitis）

任务：使用 AXI GPIO IP 核实现按键 KEY 控制 LED 亮灭（两个都在PL端）

一、介绍

AXI GPIO (Advanced eXtensible Interface General Purpose Input/Output) 是 Xilinx 提供的一个可配置的通用输入输出 IP 核（通过 PL 资源实现的 GPIO，不同于 GPIO (E)MIO 是硬件固有的），用于在基于 AXI 总线的系统中实现 GPIO 功能。

主要特性：

双通道设计：通常提供两个独立的GPIO通道(Channel 1和Channel 2)
可配置数据宽度：每个通道的数据宽度可独立配置(1-32位)
输入/输出方向：每个位可独立配置为输入或输出
中断支持：可配置中断生成功能

二、硬件设计

（1）配置ZYNQ 需要注意 AXI GPIO 使用了 AXI协议接口，所以 AXI接口、PL端时钟接口、复位接口都需要保留，此外的一些配置如Bank电压、UART串口配置（用于debug）、去掉未使用端口等等不再赘述。注意虽然使用了PL端按键，因为是通过AXI GPIO实现的不需要配置EMIO。

（2）KEY 和 LED 都单独用一个 AXI GPIO IP（也可以只用一个，只不过分开方便区分），两者配置相同以 KEY 为例配置界面如图所示：

1.后面通过软件设置io的输入输出方向（不勾选All In/Outputs）

2.各只用了1个引脚，故设置1通道（不勾选Enable Dual Channel）、位宽1位（GPIO Width ）

3.没有使用中断（不勾选Enable Interruput）

（3）IP都配置好后点击上面的自动运行和连接，同时会自动补全其他的所需的IP

（4）最后整体 bd 设计部分如图所示：设计检查、Generate Output Products、 Create HDL Wrapper、管脚约束、Gnerate Bitstream、Export Hardware（包含比特流文件）、启动Vitis

三、软件设计

AXI GPIO 软件设计相对来说比 MIO、EMIO简单一点，因为是PL端资源实现，输出直接通过拉高引脚电平和清零实现的，不过配置细节上还是有一些区别

此外AXI GPIO器件ID需要与硬件设计相对应，可以CTRL+左键器件ID跳转到 xparameters.h 查看器件对应情况（或者直接CTRL+左键 xparameters.h 再去翻）

#include "stdio.h"
#include "xil_printf.h"
#include "xparameters.h"
#include "xgpio.h"
#include "sleep.h"

//AXI GPIO是软核的gpio所以不用定义管脚，是通过所在通道和掩码来确定控制AXI GPIO哪一位的，通过软件进行置位输出与读取

//======================用户自定义宏======================//

#define KEY_AXI_GPIO_ID  	XPAR_GPIO_0_DEVICE_ID	//宏定义KEY AXI GPIO 器件ID
#define KEY_CHANNEL  		1						//宏定义KEY所在的axi gpio通道
#define KEY_MASK            0x01   				    //宏定义KEY所在通道掩码（用哪位就置0，这里掩码为了直观取反了，这里表示启用第0位）

#define LED_AXI_GPIO_ID  	XPAR_GPIO_1_DEVICE_ID   //宏定义LED AXI GPIO 器件ID
#define LED_CHANNEL  		1						//宏定义LED所在的axi gpio通道
#define LED_MASK            0x01   					//宏定义LED所在通道掩码（用哪位就置0，这里掩码为了直观取反了，这里表示启用第0位）

//======================实例化======================//

XGpio LED_AXI_GPIO;				//定义LED AXI GPIO驱动实例
XGpio KEY_AXI_GPIO;				//定义KEY AXI GPIO驱动实例

//======================函数声明======================//

static int  AXI_Gpio_Init();    //声明AXI GPIO初始化函数

//======================主函数======================//
int main()
{
	print("AXI GPIO Test\r\n");

	AXI_Gpio_Init();

	while(1)
	{
		if (XGpio_DiscreteRead(&KEY_AXI_GPIO, KEY_CHANNEL)) //如果按键按下（读取键值）
		{	//写1
			XGpio_DiscreteWrite(&LED_AXI_GPIO, LED_CHANNEL, 0x01);
		}
		else
		{
			//清0
			XGpio_DiscreteClear(&LED_AXI_GPIO, LED_CHANNEL, 0x01);
		}

	}
	return 0;
}

//======================AXI GPIO初始化函数======================//
int AXI_Gpio_Init()
{
	//初始化器件驱动
	XGpio_Initialize(&LED_AXI_GPIO, LED_AXI_GPIO_ID);
	XGpio_Initialize(&KEY_AXI_GPIO, KEY_AXI_GPIO_ID);
	//GPIO方向设置（不同于GPIO (E)MIO , AXI GPIO是 0输出/1输入）
	XGpio_SetDataDirection(&LED_AXI_GPIO, LED_CHANNEL, ~LED_MASK);
	XGpio_SetDataDirection(&KEY_AXI_GPIO, KEY_CHANNEL, KEY_MASK);
	return 0;
}