zynq中各种GPIO方式的区别：MIO，EMIO，AXI_GPIO 核

ZYNQ可以提供多种方式提供GPIO的能力，早上到公司就想应该先搞清楚里面的各种区别，因为我自己不自然就只会用自己的最熟悉的方案来实现，所以在此总结一下；

很多帖子讨论这个，当然是因为简单了；但是好像都没有整理完整

ZYNQ中GPIO有四种，其中PS中MIO/EMIO两种，而PL中同样有两种情况，AXI_GPIO和AXI_LITE自定义的GPIO；下面就这四种情况进行说明；

第一种 PS的MIO实现的GPIO

MIO实现的GPIO需要在做PCB板卡之前就对功能有所限制；

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， 不可见。 所以对 MIO 的操作可以看作是纯 PS 的操作。GPIO 的控制和状态寄存器基地址为： 0xE000_A000， 我们 SDK 下软件操作底层都是对于内存地址空间的操作。

Bank0:MI0[31:0]
Bank1:MI0[53:32]
Bank2:EMI0[31:0]
Bank3:EMI0[63:32]

其中MIO和EMIO是直接挂在PS上的GPIO。而AXI_GPIO是通过AXI总线挂在PS上的GPIO上。

其中MIO分布在BANK0，BANK1，而EMIO则分布在BANK2、BANK3。注意一下几项：

首先、MIO在zynq上的管脚是固定的，而EMIO，是通过PL部分扩展的，所以使用EMIO时候需要在约束文件中分配管脚，所以设计EMIO的程序时，需要生成PL部分的bit文件，烧写到FPGA中。

其次、MIO共占54bit，而EMIO占64bit。其中MIO占用IO号为0-53。而EMIO占用IO号为54-117。

无论是EMIO还是MIO都属于PS上的IO，直接由PS操作。在调用头文件，

只调用#include "xgpiops.h"即可，

而在调用AXI_GPIO时，则需要#include "xgpio.h"。

第二种 PS的EMIO实现GPIO

EMIO实现GPIO也使用PS，但是有FPGA的灵活

EMIO实现是在平台设置

EMIO设置之后如果实现为IO方式就需要添加一个自定义的iobuf如图

IOBUF的实现代码如下

module ad_iobuf
    (
    input   [1:0]  dio_t,
    input   [1:0]  dio_i,
    output  [1:0]  dio_o,
    inout   [1:0]  dio_p
    );

  genvar n;

  generate
    for (n = 0; n < 2; n = n + 1)
        begin: g_iobuf
            assign dio_o[n] = dio_p[n];
            assign dio_p[n] = (dio_t[n] == 1'b1) ? 1'bz : dio_i[n];
        end
  endgenerate

endmodule

以上两种在软件层面实现

static XGpioPs psGpioInstancePtr;   //定义PS的GPIO指针，如果用到MIO和EMIO也只要定义这一个就行

XGpioPs_Config *GpioConfigPtr; //XGpioPs结构体中还包含一个结构体，查bsp中的h文件

int xStatus;

 

GpioConfigPtr =XGpioPs_LookupConfig(XPAR_PS7_GPIO_0_DEVICE_ID);   

if(GpioConfigPtr == NULL)

       returnXST_FAILURE;

xStatus =XGpioPs_CfgInitialize(&psGpioInstancePtr,GpioConfigPtr,GpioConfigPtr->BaseAddr);

if(XST_SUCCESS != xStatus)

       print("PS GPIO INIT FAILED \n\r");

 

XGpioPs_SetDirectionPin(&psGpioInstancePtr,iPinNumber,uPinDirection);

XGpioPs_SetOutputEnablePin(&psGpioInstancePtr,iPinNumber,1);

XGpioPs_WritePin(&psGpioInstancePtr,iPinNumber,0);     //这里是写某一个pin，也有写一个bank的，陆书上P111就是写bank的。

 EMIO占用IO号为54-117

static XGpioPs psGpioInstancePtr;   //定义PS的GPIO指针，如果用到MIO和EMIO也只要定义这一个就行

XGpioPs_Config *GpioConfigPtr; //XGpioPs 结构体中还包含一个结构体，查bsp中的h文件

int xStatus;

static int iPinNumber = 7; /*Led LD9 isconnected to MIO pin 7*/

static int iPinNumberEMIO = 54;

 

GpioConfigPtr =XGpioPs_LookupConfig(XPAR_PS7_GPIO_0_DEVICE_ID);   

if(GpioConfigPtr == NULL)

       returnXST_FAILURE;

xStatus =XGpioPs_CfgInitialize(&psGpioInstancePtr,GpioConfigPtr,GpioConfigPtr->BaseAddr);

if(XST_SUCCESS != xStatus)

       print("PS GPIO INIT FAILED \n\r");

 

XGpioPs_SetDirectionPin(&psGpioInstancePtr,7,1);  0输入，1输出

XGpioPs_SetOutputEnablePin(&psGpioInstancePtr,7,1);   0 为dis，1为enable

XGpioPs_WritePin(&psGpioInstancePtr,7,0);

 

XGpioPs_SetDirectionPin(&psGpioInstancePtr,54,0);  0输入，1输出

XGpioPs_SetOutputEnablePin(&psGpioInstancePtr,54,0);   0 为dis，1为enable

注明：7可以用iPinNumber代替，54可以用iPinNumberEMIO代替。

第三种 PL的AXI_GPIO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;
}

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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"

第四种 PL的AXI_LITE自定义组件实现GPIO

待补充

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。