zynq中三种实现GPIO的方式

本文介绍在zynq中三种实现GPIO的方式，分别为MIO、EMIO和IP方式。

MIO和EMIO方式是使用PS部分的GPIO模块来实现GPIO功能的，支持54个MIO（可输出三态）、64个输入和128个输出（64个输出和64个输出使能）EMIO

而IP方式是在PL部分实现 GPIO功能，PS部分通过M_AXI_GP接口来控制该GPIO IP模块；另外EMIO模块虽然使用PS部分GPIO但也使用了PL部分的管脚资源。

MIO方式实现GPIO

vivado中zynq设置如下图

由图中可见要选中打开GPIO，其下自动显示可用于GPIO的MIO（当MIO作为其他功能时就不能作为GPIO使用了），其中MIO 7、MIO 8只能作为输出使用，因为它们用于VMODE管脚（参考UG585第14章：14.2.3）

软件部分如下

#include 
#include "platform.h"
#include "xgpiops.h"

#define LED1    0
#define LED2    9

static void delay(int dly)
{
    int i, j;
    for (i = 0; i < dly; i++) {
        for (j = 0; j < 0xffff; j++) {
            ;
        }
    }
}

int main()
{
    int Status;
    XGpioPs_Config *ConfigPtr;
    XGpioPs Gpio;

    init_platform();

    ConfigPtr = XGpioPs_LookupConfig(XPAR_PS7_GPIO_0_DEVICE_ID);
    Status = XGpioPs_CfgInitialize(&Gpio, ConfigPtr,
                    ConfigPtr->BaseAddr);
    if (Status != XST_SUCCESS){
        return XST_FAILURE;
    }

    XGpioPs_SetDirectionPin(&Gpio, LED1, 1);
    XGpioPs_SetDirectionPin(&Gpio, LED2, 1);
    XGpioPs_SetOutputEnablePin(&Gpio, LED1, 1);
    XGpioPs_SetOutputEnablePin(&Gpio, LED2, 1);

    while (1) {
        XGpioPs_WritePin(&Gpio, LED1, 0);
        XGpioPs_WritePin(&Gpio, LED2, 1);
        delay(1000);
        XGpioPs_WritePin(&Gpio, LED1, 1);
        XGpioPs_WritePin(&Gpio, LED2, 0);
        delay(1000);
    }
    cleanup_platform();
}

EMIO方式实现GPIO

vivado中zynq设置如下图

图中可知GPIO中选择使用EMIO，并选择位宽（这里例子中选择3）；其vivado中连接如下图

上图可知除了FIXED IO和DDR接口外，还多了3个3对（一个输入，一个输出和一个输出使能）GPIO管脚。

不同于MIO，这里三个IO管脚（一个输入，一个输出和一个输出使能在自动生成的顶层模块中合并为一个IO）要绑定到芯片对应管脚上

软件部分如下

#include 
#include "platform.h"
#include "xgpiops.h"

#define LED_R   54
#define LED_G   55
#define LED_B   56
#define LED_ON  0
#define LED_OFF 1

static void delay(int dly)
{
    int i, j;
    for (i = 0; i < dly; i++) {
        for (j = 0; j < 0xffff; j++) {
            ;
        }
    }
}

int main()
{
    int Status;
    XGpioPs_Config *ConfigPtr;
    XGpioPs Gpio;

    init_platform();

    ConfigPtr = XGpioPs_LookupConfig(XPAR_PS7_GPIO_0_DEVICE_ID);
    Status = XGpioPs_CfgInitialize(&Gpio, ConfigPtr,
                    ConfigPtr->BaseAddr);
    if (Status != XST_SUCCESS) {
        print("cfg init err\n");
        return XST_FAILURE;
    }
    XGpioPs_SetDirectionPin(&Gpio, LED_R, 1);
    XGpioPs_SetOutputEnablePin(&Gpio, LED_R, 1);
    XGpioPs_SetDirectionPin(&Gpio, LED_G, 1);
    XGpioPs_SetOutputEnablePin(&Gpio, LED_G, 1);
    XGpioPs_SetDirectionPin(&Gpio, LED_B, 1);
    XGpioPs_SetOutputEnablePin(&Gpio, LED_B, 1);

    while (1) {
        XGpioPs_WritePin(&Gpio, LED_R, LED_ON);
        delay(1000);
        XGpioPs_WritePin(&Gpio, LED_G, LED_ON);
        delay(1000);
        XGpioPs_WritePin(&Gpio, LED_B, LED_ON);
        delay(1000);
        XGpioPs_WritePin(&Gpio, LED_R, LED_OFF);
        delay(1000);
        XGpioPs_WritePin(&Gpio, LED_G, LED_OFF);
        delay(1000);
        XGpioPs_WritePin(&Gpio, LED_B, LED_OFF);
        delay(1000);
    }
    cleanup_platform();
}

类似MIO方式（都为PS部分GPIO操作），设置为输出并设置输出使能，但要注意这里的GPIO号是从54开始的3个。

IP方式实现GPIO

vivado中zynq设置如下图

图中可知GPIO中MIO和EMIO都不选择，但要打开M_AXI_GP接口（这里选择M_AXI_GP0）和复位管脚，如下图

当然用到了PL部分逻辑则至少需要一个时钟输出到PL部分，这里选择FCLK_CLK0输出50MHz，如下图

推荐加入zynq后，不要自动连接，再加入gpio并位宽设置为3，具体设置如下图

GPIO设置好后，再点击上面的蓝色字体的自动连接，即可得到上面的连接，这样可以减少手动连接量。

最后vivado中连接如下图

与EMIO类似需要将顶层三个GPIO管脚要绑定到芯片对应管脚上。

软件部分如下

#include 
#include "platform.h"
#include "xgpio.h"

#define AXI_GPIO_DEVICE_ID  XPAR_GPIO_0_DEVICE_ID
#define XGPIO_BANK1         1
#define XGPIO_BANK2         2

#define LED34_R_PIN         0x01
#define LED34_G_PIN         0x02
#define LED34_B_PIN         0x04

static void delay(int dly)
{
    int i, j;
    for (i = 0; i < dly; i++) {
        for (j = 0; j < 0xffff; j++) {
            ;
        }
    }
}

int main()
{
    XGpio_Config *XGpioCfg;
    XGpio XGpio;
    int Status;

    init_platform();

    XGpioCfg = XGpio_LookupConfig(AXI_GPIO_DEVICE_ID);
    Status = XGpio_CfgInitialize(&XGpio, XGpioCfg, XGpioCfg->BaseAddress);
    if (Status != XST_SUCCESS) {
        return XST_FAILURE;
    }

    XGpio_SetDataDirection(&XGpio, XGPIO_BANK1, ~(LED34_R_PIN | LED34_G_PIN | LED34_B_PIN));
    XGpio_DiscreteWrite(&XGpio, XGPIO_BANK1, LED34_R_PIN | LED34_G_PIN | LED34_B_PIN);
    while (1) {
        XGpio_DiscreteWrite(&XGpio, XGPIO_BANK1, ~LED34_R_PIN);
        delay(1000);
        XGpio_DiscreteWrite(&XGpio, XGPIO_BANK1, ~(LED34_R_PIN | LED34_G_PIN));
        delay(1000);
        XGpio_DiscreteWrite(&XGpio, XGPIO_BANK1, ~(LED34_R_PIN | LED34_G_PIN | LED34_B_PIN));
        delay(1000);
        XGpio_DiscreteWrite(&XGpio, XGPIO_BANK1, ~(LED34_G_PIN | LED34_B_PIN));
        delay(1000);
        XGpio_DiscreteWrite(&XGpio, XGPIO_BANK1, ~(LED34_B_PIN));
        delay(1000);
        XGpio_DiscreteWrite(&XGpio, XGPIO_BANK1, LED34_R_PIN | LED34_G_PIN | LED34_B_PIN);
        delay(1000);
    }
    cleanup_platform();
    return 0;
}

这里实现的功能与EMIO方式中功能相同，当时IP方式中为PL部分实现的GPIO，所以调用的函数与前面两种GPIO实现函数不同，注意包含的GPIO头文件，前两种是#include "xgpiops.h"而这最后一种为#include "xgpio.h"

总结

MIO和EMIO方式使用PS部分的GPIO模块，其中MIO方式不占用PL部分资源，其输出管脚只能为固定的54个（而且要在未被其它外设使用的情况下），EMIO方式会占用PL的管脚资源，其管脚可在PL部分任意选择（除特殊功能管脚），IP方式除了占用PL部分管脚资源外还会占用PL部分逻辑资源，所以其GPIO功能在PL部分实现其调用函数也和前两种不同，最后EMIO和IP方式在vivado都需要绑定管脚。