ZYNQ SOC 入门基础（二）MIO 实验

wanglh5555 2019-05-21

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1.1 GPIO简介

ZYNQ7000 系列芯片有54个MIO（multiuse I/O），它们分配在ＧPIO的Bank0和NBank1 隶属于PS的部分，这些IO与PS直接相连。不需要添加引脚约束，MIO信号对PL部分是透明的，不可见。所以对MIO的操作可以看是对纯PS的操作。

GPIO的控制和状态寄存器的基地址为：0xE000_A000,在SDK下对软件操作底层都是对应于内存地址空间的操作。

可以看到 bank0和bank1属于MIO，一共有54个端口。bank2和bank3属于EMIO，一共有64个端口。

Bank0：MIO[31:0]

Bank1: MIO[53:32]

Bank2: EMIO[31:0]

Bank3: EMIO[63:32]

其中Bank0有32个GPIO引脚，Bank1有22个GPIO引脚，共54个GPIO引脚直接通过MIO连接到PS上，每个引脚可以通过寄存器设置来确定该引脚为输入、输出或者中断。因为54个MIO引脚直接连接到PS上，像其他普通ARM一样可以直接通过SDK进行编程。

Bank2和Bank3通过EMIO接口将CPU的GPIO连接到PL部分的引脚上，其中每个Bank各有32个引脚。通过EMIO扩展的GPIO连接到Pl上，可以在PL部分进行逻辑设计，进行特定功能的IP核定制。然后在PS部分，想控制普通的MIO一样进行编程。ui那次，使用EMIO引脚必须通过Block Dedign 金总设计，然后再PS部分使用SDK进行编程控制

1.2 MIO内部构造分析

DATA_R0: DATA_R0 寄存器是读取GPIO引脚值寄存器，不论该GPIO引脚配置为输入还是输出，都能正确的读取该GPIO引脚值。如果该引脚的功能没有配置为GPIO功能，读取的值为随机值，因为该寄存器只能读取GPIO引脚值。

DATA：当GPIO引脚配置为输出时，DATA寄存器的值是要输出到GPIO引脚上的数值。当读取该寄存器的数值时，结果是前一次写入DATA寄存器里的数值，而不是当前GPIO引脚的数值。

MASK_DATA_LSW/MASK_DATAMSW: MASK_DATA_LSW/MASK_DATAMSW 是传统的数据寄存器和屏蔽寄存器的结合，该寄存器为32为，分成高16位和低16位，其中高16位作为传统的MASK使用，低16位作为传统的DATA使用。因此，MASK_DATA_LSW是对GPIO的低16位引脚进行设置和屏蔽寄存器。当某位在MASK_DATA_LSW寄存器的高16位被屏蔽时，即使修改MASK_DATA_LSW的低16位也不影响该寄存器的值。

DIRM: DIRM寄存器是方向控制寄存器，控制GPIO的输入或者输出，该寄存器值不影响输入，即GPIO输入功能时钟有效。当DIRM[x] = 0 时，输出无效。

OEN： OEN是输出使能寄存器，当GPIO引脚被配置为输出引脚时，该寄存器控制该引脚是否输出；当被配置为输出禁止时，该引脚为三态；当OEN[x] = 0时输出无效。

GPIO slcr: MIO的每个引脚都可以配置乘其他的功能，因此，在对MIO引脚进行编程时，首先要把对赢得MIO引脚设置乘GPIO功能，同时设置对应的电平和是否上拉等，每个引脚对应的寄存器进行设置，这些寄存器是系统控制寄存器（slcr）MIO_PIN_x.

1.3 EMIO 的特性

与MIO大部分类似，但是以下几点需要注意。

EMIO在PL部分，输入与OEN寄存器无关，当DIRM设置为0的时候设置为输入可以读取DATA_R0寄存器获取数据。
输出不能设置为三态，当DIRM设置为1时为输出，写入DATA寄存器或者MASK_DATA_LSW/MASK_DATA_MSW寄存器。
DIRM[x] & OEN[x] 实现输出控制

1.4 电路分析及实验预期

在米联系列的开发板上有一个MIO是与开发板上的一个LD9相连接的，这个MIO就是MIO7。实验通过操作该MIo来实现LD9的闪烁。

1.5 ZYNQ核的添加核配置

step1: 新建一个名称为Miz_sys的工程，正确配芯片型号，正确配置时钟频率与内存。

step2;：单击 Create Block Design,创建一个BD文件，并命名为System.

step3：加入一个ZYNQ CPU IP,正确配置时钟频率核内存类型。

step4: 由于本小节需要用到MIO接口，因此需要确保MIO接口已经勾选（默认勾选）

step5: 单击OK 后退出，系统整体电路如下。

step6: 右击 system.bd, 单击 Generate Output Products。

Step7：右击 system.bd 选择 Create HDL Wrapper 产生顶层的 HDL 文件。

Step8:File->Export->Export Hardware。

Step9:勾选 Include bitstream 直接单击 OK。

Step10:File->Launch SDK 加载到 SDK，单击 OK。

1.6 新建LED_Flash SDK工程

step1: 在SDK界面中，新建一个名称为MIO_Test的工程

step2: 建立一个空的工程

step3：新建一个main.c文件

step4：输入以下程序


#include 'xgpiops.h' //此头文件中包含了关于GPIO操作的相关定义与函数
#include 'sleep.h' //延迟或者定时函数头文件
int main()
{
	static	XGpioPs psGpioInstancePtr;
	XGpioPs_Config* GpioConfigPtr;
	int iPinNumber = 7;    //LD9连接的是MIO7
	u32 uPinDirection	 = 0x01;  //设置输入、输出方向，1表示输出，0表示输入
	int xStatus;
	//MIO的初始化，也就是设置MIO的输出和输出等配置
	GpioConfigPtr = XGpioPs_LookupConfig(XPAR_PS7_GPIO_0_DEVICE_ID);
	if(GpioConfigPtr == NULL)
		return XST_FAILURE; //查找MIO失败的话，直接返回，否则执行下面的程序。
	xStatus = XGpioPs_CfgInitialize(&psGpioInstancePtr,GpioConfigPtr,GpioConfigPtr->BaseAddr);
	if (XST_SUCCESS != xStatus)
			print('PS GPIO INIT FAILED \n\r '); //初始化失败
	XGpioPs_SetDirectionPin(&psGpioInstancePtr,iPinNumber,uPinDirection); //配置MIO7为输出
	XGpioPs_SetOutputEnablePin(&psGpioInstancePtr,iPinNumber,1); //因为配置为输出后还需要使能输出，这里就是使能输出
	while(1)
	{
		XGpioPs_WritePin(&psGpioInstancePtr,iPinNumber,1);//设置MIO7输出1，点亮LD9
		sleep(1);  //延时1秒
		XGpioPs_WritePin(&psGpioInstancePtr,iPinNumber,0);//设置MIO7输出0，熄灭LD9
		sleep(1); //延时1秒
	}
	return 0;
	}