Zedboard学习（五）：MIO与EMIO操作

MIO：
Zynq7000 系列芯片有 54 个 MIO(multiuse I/O)， 它们分配在 GPIO 的 Bank0 和Bank1 隶属于 PS 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。 所以对 MIO 的操作可以看作是纯PS 的操作。
EMIO：
同时Zynq可以配置多达63个EMIO引脚，这些引脚可以配置到PL部分，也可以配置为外设的引脚，不过需要添加约束文件指定封装引脚。EMIO分配在Bank2和Bank3上。
资料链接

除了Bank1是22bit之外，其他三个Bank都是32bit，折算一下就是：

MIO——54bit；
EMIO——64bit。

使用上MIO和EMIO也较为近似，EMIO主要用于MIO不够，扩展GPIO的场合。

MIO

1、新建工程。

2、跟前面的博文一样，对zynq进行底层配置，搭建soc最小系统。（点击打开链接）

3、产生比特流文件。

4、导出比特流文件。File–>Export–>Export Hardware。

5、打开SDK，进行PS部分的开发：File–>Launch SDK 。
在SDK下新建工程：File–>Launch SDK 。

6、工程模板选空工程就行。

7、准备自己编写代码，在新建的工程下，src右键–>New–>Source FIle 填上文件名字。

8、程序：

/*
 * main.c
 *
 *  Created on: 2017年7月11日
 *      Author: XHB
 */

#include "xgpiops.h"
#include "sleep.h"
#include "xparameters.h"

int main()
{
    XGpioPs gpioStruct;
    XGpioPs_Config *gpioConfig;
    int pinNum = 7;
    u32 pinDirection = 1;   //1表示输出， 0表示输入
    s32 xStatus;

    //print("hello\n");

    //初始化MIO
    //通过gpio的device_ID获取GPIO寄存器的基地址
    gpioConfig = XGpioPs_LookupConfig(XPAR_PS7_GPIO_0_DEVICE_ID);
    if(gpioConfig == NULL)  //若指针为空，说明没有找到对应的设备或者FPGA底层未进行配置
    {
        print("Can not lookup gpioConfig!!!\n");
        return XST_FAILURE;
    }

    //初始化GPIO
    xStatus = XGpioPs_CfgInitialize(&gpioStruct, gpioConfig, gpioConfig->BaseAddr);
    if(xStatus != XST_SUCCESS)
    {
        print("PS MIO GPIO Initialize failed!!!\n");
    }
    else
    {
        print("PS MIO GPIO Initialize successed!!!\n");
    }

    //设置GPIO的引脚以及输入输出模式
    XGpioPs_SetDirectionPin(&gpioStruct, pinNum, pinDirection);

    //设置GPIO的输出使能
    XGpioPs_SetOutputEnablePin(&gpioStruct, pinNum, 1);

    while(1)
    {
        XGpioPs_WritePin(&gpioStruct, pinNum, 1);   //给高电平

        sleep(1);   //延时1s

        XGpioPs_WritePin(&gpioStruct, pinNum, 0);   //给低电平

        sleep(1);   //延时1s
    }

    return 0;
}

9、程序说明：
头文件：
xgpiops.h：定义了与GPIO初始化、操作等有关的函数和参数；
sleep.h：定义了延时函数，用来控制延时；
xparameters.h：与底层配置有关，定义了ps端的外设的Device ID、基地址等等信息。

结构体：
主要用到两个结构体：
XGpioPs_Config类型结构体：包含有GPIO初始化信息。

/**
 * This typedef contains configuration information for a device.
 */
typedef struct {
    u16 DeviceId;       /**< Unique ID of device */
    u32 BaseAddr;       /**< Register base address */
} XGpioPs_Config;

XGpioPs类型结构体：用于对GPIO进行相关配置，调用库函数对其成员变量赋值，实质上是映射到寄存器上，对寄存器进行操作。跟当初学习stm32的库函数时的原理一样。

/**
 * The XGpioPs driver instance data. The user is required to allocate a
 * variable of this type for the GPIO device in the system. A pointer
 * to a variable of this type is then passed to the driver API functions.
 */
typedef struct {
    XGpioPs_Config GpioConfig;  /**< Device configuration */
    u32 IsReady;            /**< Device is initialized and ready */
    XGpioPs_Handler Handler;    /**< Status handlers for all banks */
    void *CallBackRef;      /**< Callback ref for bank handlers */
    u32 Platform;           /**< Platform data */
    u32 MaxPinNum;          /**< Max pins in the GPIO device */
    u8 MaxBanks;            /**< Max banks in a GPIO device */
} XGpioPs;

几个库函数：
可以跟踪到定义看他们详细的代码，这里简单介绍一下。使用时都是些套路。
a、通过gpio的device_ID获取GPIO寄存器的基地址，返回值是一个XGpioPs_Config指针类型结构体，deviceID可以到xparameters.h找到我们底层的GPIO的ID。

XGpioPs_Config *XGpioPs_LookupConfig(u16 DeviceId)

b、初始化GPIO。填入两个结构体的指针，以及GPIO对应的基地址。

s32 XGpioPs_CfgInitialize(XGpioPs *InstancePtr, XGpioPs_Config *ConfigPtr,u32 EffectiveAddr)

c、设置GPIO输入\输出模式。InstancePtr是前面初始化时设置了的结构体，Pin是MIO的引脚号，Direction若是1表示输出，若是0表示输入。

void XGpioPs_SetDirectionPin(XGpioPs *InstancePtr, u32 Pin, u32 Direction)

d、GPIO输出使能。InstancePtr是前面初始化过的结构体，pin是引脚号，OpEnable若是1使能引脚，允许输出；若是0，禁止输出。

void XGpioPs_SetOutputEnablePin(XGpioPs *InstancePtr, u32 Pin, u32 OpEnable)

e、向MIO的某个引脚写入数据，输出1或0。InstancePtr和Pin跟前面一样，Data为1或0，对应高电平和低电平。

void XGpioPs_WritePin(XGpioPs *InstancePtr, u32 Pin, u32 Data)

f、GPIO相关的函数都可以在xgpiops.h找到。

10、SDK下运行程序，就可以看到MIO7对应的LED等闪烁了。
其实这里可以不用配置FPGA的比特流文件，因为MIO是不依托FPGA的PL部分的，是直接挂在PS部分的，所以直接下载进去也可以运行的。
如果直接在sdk下载，会弹出警告说没有配置底层，忽视直接下载即可。

EMIO：

1、vivado下新建工程。

2、跟前面的博文一样，对zynq进行底层配置，搭建soc最小系统。（点击打开链接）

3、双击zynq，手动更改zynq7处理器的配置。
在emio那里打钩，添加EMIO外设。

只添加8个EMIO，所以位数选8。

4、完成更改，回到block design中看看，发现多出了GPIO_0。选中他，按CTRL+T将引脚引出。这里的GPIO_0对应EMIO。

5、保存当前的block design，回到工程视图，产生仿真文件。

6、创建顶层文件。

打开新建的Verilog文件，可以看到新加的接口：gpio_tri_io_0。

7、由于EMIO是PL部分新添加的外设，还需要进行引脚约束。
添加引脚约束文件。

8、创建一个xdc文件。

9、创建完成后，对新建的xdc文件编辑。

输入代码：

set_property PACKAGE_PIN T22 [get_ports {gpio_0_tri_io[0]}]
set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports {gpio_0_tri_io[0]}]

set_property PACKAGE_PIN T21 [get_ports {gpio_0_tri_io[1]}]
set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports {gpio_0_tri_io[1]}]

set_property PACKAGE_PIN U22 [get_ports {gpio_0_tri_io[2]}]
set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports {gpio_0_tri_io[2]}]

set_property PACKAGE_PIN U21 [get_ports {gpio_0_tri_io[3]}]
set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports {gpio_0_tri_io[3]}]

set_property PACKAGE_PIN V22 [get_ports {gpio_0_tri_io[4]}]
set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports {gpio_0_tri_io[4]}]

set_property PACKAGE_PIN W22 [get_ports {gpio_0_tri_io[5]}]
set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports {gpio_0_tri_io[5]}]

set_property PACKAGE_PIN U19 [get_ports {gpio_0_tri_io[6]}]
set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports {gpio_0_tri_io[6]}]

set_property PACKAGE_PIN U14 [get_ports {gpio_0_tri_io[7]}]
set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports {gpio_0_tri_io[7]}]

10、产生比特流文件，之后导出并启动sdk。同前面MIO的步骤一样，新建一个空工程输入代码：

/*
 * main.c
 *
 *  Created on: 2017年7月12日
 *      Author: XHB
 */

#include "xgpiops.h"
#include "sleep.h"
#include "xparameters.h"

int main()
{
    XGpioPs gpioStruct;
    XGpioPs_Config *gpioConfig;
    int pinNum = 54;
    u32 pinDirection = 1;   //1表示输出， 0表示输入
    s32 xStatus;

    print("hello\n");

    //初始化MIO
    //通过gpio的device_ID获取GPIO寄存器的基地址
    gpioConfig = XGpioPs_LookupConfig(XPAR_PS7_GPIO_0_DEVICE_ID);
    if(gpioConfig == NULL)  //若指针为空，说明没有找到对应的设备或者FPGA底层未进行配置
    {
        print("Can not lookup gpioConfig!!!\n");
        return XST_FAILURE;
    }

    //初始化GPIO
    xStatus = XGpioPs_CfgInitialize(&gpioStruct, gpioConfig, gpioConfig->BaseAddr);
    if(xStatus != XST_SUCCESS)
    {
        print("PS MIO GPIO Initialize failed!!!\n");
    }
    else
    {
        print("PS MIO GPIO Initialize successed!!!\n");
    }

    //设置GPIO的引脚以及输入输出模式
    XGpioPs_SetDirectionPin(&gpioStruct, pinNum, pinDirection);

    //设置GPIO的输出使能
    XGpioPs_SetOutputEnablePin(&gpioStruct, pinNum, 1);

    while(1)
    {
        XGpioPs_WritePin(&gpioStruct, pinNum, 1);   //给高电平

        sleep(1);   //延时1s

        XGpioPs_WritePin(&gpioStruct, pinNum, 0);   //给低电平

        sleep(1);   //延时1s
    }

    return 0;
}

好的，你应该看出来了，跟MIO部分的其实基本都一样了，只是引脚号变成了54，而MIO部分的是7。
最开始算了一下，MIO总共有54个，0~53；EMIO有64个。所以54就是第一个EMIO了。

11、下载程序前，一定要先把工程的比特流文件下载一下。因为EMIO是依托于PL的，需要FPGA底层配置后，才可在PS端使用。下载后会看到LED闪烁。

这里选用的GPIO的引脚号是54，对应第一个EMIO，也就是之前引脚约束时分配的第一个LED对应的引脚；总共分配了8个EMIO，更改这个引脚号，也同样可以控制其他几个LED。