基于Lemon ZYNQ的PS实验二 GPIO之用AXI-GPIO方式点亮LED （完整图文）

在上一节中，我们介绍了如何通过 EMIO 方式调用 GPIO 来点亮 LED。本节将转向使用 AXI GPIO 方式来实现相同的功能。

此章节内容适用于Lemon ZYNQ主板，如是其他板子请看对应板子目录
本文在 vivado2018.3版本上演示

一、创建Vivado工程

1) 具体步骤新建一个VIVADO 工程，打开软件选中Create Project, 如下图所示

2）点击NEXT ，在出现的第二个对话框“Project name”中输入工程名；在“Project location”中选择保存路径；勾选“Create project subdirectory”，最后点击“Next” 备注，所有的路径均不能出现中文名称

3)点击 RTL PROJECT 选项，点击NEXT

4）第四步Add Sources 选项直接留空，NEXT

5）第五步Add Constraints 选项直接留空，NEXT

6) 选择芯片型号板子的芯片型号为 XC7Z020 封装是CLG484 所以型号我们选择 xc7z020clg400-1 （如果是XA7Z020的车规级芯片版本，这里也选xc7z020clg400-1）

7）确认所选信息点击“Finish”，完成vivado的工程创建

二、创建一个BLOCK设计

1）IP INTEGRATOR→Create Block Design，在弹出的对话框中输入设计名，最后点击“OK”，如下图所示

2)在右侧的窗口里，点击加号，在选择框里搜索ZYNQ，并找到ZYNQ7 PROCESSING SYSTEM ，双击并打开

3）软件自动生成了一个 zynq的block 如下图所示，接下来要做一些相应的设置，双击下图中的ZYNQ核

4）依次在弹窗里找到DDR Configuration→DDR Controller Configuration→DDR3，在Memory Part下拉菜单中根据自己板子上的DDR来选择相应的DDR3，本实验所用到型号：MT41K256M16RE-125，数据位宽选择16bit 最后点击“OK”,如下图所示。

5) 因为Lemon ZYNQ主板的PS时钟是50M的晶振输入的，所以这里需要把默认的PS输入时钟33.33M改成50M

6）点击“Run Block Automation”如下图所示。在弹出的选项中保持默认，点击“OK”，即可完成对ZYNQ7 Processing System的配置

7）用同样的方法增加AXI GPIO资源点击加号，在设置里搜索GPIO并添加，然后双击并打开生成的AXI GPIO资源进行设置

8）在GPIO的设置栏里将输入输出属性改成全部输出ALL Outputs ,因为我们板子上只有2个LED灯，所以将GPIO Width位宽设置成2位，点击OK

9）点击上方的Run Connection Automation ，并将GPIO 和S_AXI前面的勾都选中，如下图所示点击OK

10）软件将自动帮我们完整所有必要的连线，以及添加必要的模块

11）在框图中双击GPIO输出的管脚，并重新命名为LED，方便后面软件编程

12）source→Design Source ，右键我们创建的BLOCK工程，点击create HDL wrapper如下图所示。

在弹出的对话框里保持默认

软件自动为我们生成HDL文件

三、创建约束文件，并且定义管脚

1）Add Source → Add or create constraints 点Next

因为这个项目没有创建过约束文件所以这里创建一个约束文件，并在File name 里设置约束文件的名称，并且点击FINISH 完成约束文件的创建

2）Sources → Constraints 里找到刚才创建的约束文件双击并打开该XDC约束文件

在约束文件里面复制下面代码来对输出的GPIO进行管脚（所有的管脚转接板上丝印都有实际标注对应的IO）

set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports LED_tri_o[0]]
set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports LED_tri_o[1]]

set_property PACKAGE_PIN R14 [get_ports LED_tri_o[0]]
set_property PACKAGE_PIN P14 [get_ports LED_tri_o[1]]

四、生成bit文件

1) 按下绿色箭头对工程进行编译

2) 按下Generate Bitstream 完成综合以及生成bit文件

五、SDK程序编写

1）File→Export→Export hardware…，在弹出的对话框中勾选“include bitstream”，点击“OK”确认，如下图所示。

2）File→Lauch SDK，在弹出的对话框中，保存默认，点击“OK”，如下图所示。

系统将自动打开SDK开发环境

3）新建一个工程 file→new→Application Project，来新建一个“Application Project”，如下图所示。

4）在新建工程名中输入自己的工程名称，点击NEXT

5）选择空工程，点击完成FINISH

6）选择创建的LED_CODE_bsp → system.mss → axi_gpio_0 gpio → import Examples（上一节中我们用的是自己手动编写的代码，这一节中我们就尝试直接调用SDK自带的AXI-GPIO DEMO）

7）选择 xgpio_example

8）这样系统就自动创建了一个参考例程

六、下载到板子上进行验证

选中工程中的硬件平台，并点击右键→Program FPGA，在弹出的对话框中选择默认，点击“program”，完成FPGA PL部分的Program工作

2）选中我们生成的GPIO工程展开绿色箭头（RUN）右边的图标，选择Run As→1 Launch on Hardware（System Debugger）

可以看到板子上的LED1灯在闪烁

备注：如果 RUN 的时候弹出错误可以按照下面的操作进行设置再进行DEBUG

之后点 APPLY 然后再选择Run As→1 Launch on Hardware（System Debugger）看是否下载成功。

七、代码解读

XGpio_SetDataDirection 设置GPIO为输入/输出
XGpio_DiscreteWrite    置位GPIO
XGpio_DiscreteClear    拉低GPIO

#define LED 0x01
继续看代码，LED在代码中的定义为 0X01  即代表 LED 在LED_CHANNEL中代表最低位 BIT0

看懂了上面这些 就很容易看懂程序里的代码  
XGpio_DiscreteClear(&Gpio, LED_CHANNEL, LED); //代表拉低GPIO LED_CHANNEL中的 第0位
XGpio_DiscreteWrite(&Gpio, LED_CHANNEL, LED); //代表拉高GPIO LED_CHANNEL中的 第0位
XGpio_SetDataDirection(&Gpio, LED_CHANNEL, ~LED); //设置为输出模式

for (Delay = 0; Delay < LED_DELAY; Delay++); //这是一个耗费系统资源的delay函数的简写

所以整个程序的效果就是LED 不停的点亮熄灭，反复循环。

八、代码改编

上面的DEMO是只点亮一个灯，我们的vivado 里添加的AXIGPIO是添加了两个输出口，如果我们要同时控制两个LED灯，这里我们只需要对代码进行改编即可。

1）我们对LED定义的部分更改:

#define LED1 0x01 即可 0X01代表 0000_0001
#define LED2 0x02 即可 0X02代表 0000_0010

初始化的时候
XGpio_SetDataDirection(&Gpio, LED_CHANNEL, ~(LED1|LED2));

赋值的时候LED1和LED2单独用 XGpio_DiscreteClear(赋值0)，XGpio_DiscreteWrite（赋值1）

2) 我们对DEMO代码进行改编，调整后的main 函数如下：

#define LED1 0x01
#define LED2 0x02

int main(void)
{
	int Status;
	volatile int Delay;

	/* Initialize the GPIO driver */
	Status = XGpio_Initialize(&Gpio, GPIO_EXAMPLE_DEVICE_ID);
	if (Status != XST_SUCCESS) {
		xil_printf("Gpio Initialization Failed\r\n");
		return XST_FAILURE;
	}

	/* Set the direction for all signals as inputs except the LED output */
	XGpio_SetDataDirection(&Gpio, LED_CHANNEL, ~(LED1|LED2));

	/* Loop forever blinking the LED */

	while (1) {
		/* Set the LED to High */
		XGpio_DiscreteWrite(&Gpio, LED_CHANNEL, LED1);
		XGpio_DiscreteClear(&Gpio, LED_CHANNEL, LED2);

		/* Wait a small amount of time so the LED is visible */
		for (Delay = 0; Delay < LED_DELAY; Delay++);

		/* Clear the LED bit */
		XGpio_DiscreteClear(&Gpio, LED_CHANNEL, LED1);
		XGpio_DiscreteWrite(&Gpio, LED_CHANNEL, LED2);

		/* Wait a small amount of time so the LED is visible */
		for (Delay = 0; Delay < LED_DELAY; Delay++);
	}

	xil_printf("Successfully ran Gpio Example\r\n");
	return XST_SUCCESS;
}

按第六部分的方式重新下载到板子上进行测试，可以看到LED1和LED2在交替的反复闪烁，代码功能验证成功。

看懂这些就可以像实验一那样，自己创建一个main函数然后在里面参考这个官方的例子写驱动LED的代码了。其实包括UART,USB之类的都是可以用这个方式来进行开发，官方都有已经调试好的DEMO可供测试。

以上是完整的AXI-GPIO调用调试过程，不过在PS控制PL管脚的方式中，更推荐实验一中的EMIO方式，更加简洁也更省FPGA逻辑资源。

本文的完整工程下载：02_PS_LED_TEST_AXI_GPIO
VIVADO的版本：2018.3
工程创建目录： E:\Lemon_ZYNQ\SDK\02_PS_LED_TEST_AXI_GPIO