Smart ZYNQ主板上自带一块1.47寸彩色显示屏，分辨率是320X172，本文将通过ZYNQ的PS资源去点亮这个液晶屏幕，并显示彩色条纹
1.硬件介绍
LCD 接口如下图所示
LCD_BLK：LCD背光（默认常亮）
SPI 信号： CS 片选信号 SCL 时钟 SDA 数据
DC ：数据/命令 信号
RES ： 屏幕复位 信号
管脚定义：CS H18 ,D/C J15 ,SCL H17 ,SDA F16 ,RES G14 ,LCD_BLK MIO27(LCD_BLK默认不去控制 背光也会默认常亮输出)
除了BLK背光控制信号接在PS端，其余信号都是接在ZYNQ的PL端（BLK信号硬件电路上默认使能，PS不配置BLK的情况下 ZYNQ的屏幕背光仍然常亮）
彩色液晶屏资料（厂家提供的资料） 店铺 中景园电子
链接：https://pan.baidu.com/s/110uz88iQMA7wl9vdqG9R9A 提取码：8888
2.驱动思路
屏幕本身是连接到ZYNQ的PL资源上，点亮屏幕可以用纯fpga去驱动SPI的方式点亮，也可以用PS资源去点亮，为了方便演示，这里采用PS资源去实现
通过EMIO的方式 将PS部分硬件SPI资源映射到 ZYNQ的PL口上去点亮屏幕
3.创建工程
1）新建一个项目，芯片型号选择按下面选择（板子生产了多个芯片型号，请根据自己板子的型号来进行选择）
- XA7Z020 (直接选择xc7z020CLG400-1，因为系统识别到的是xc7z020-1)
- XC7Z010-1 (xc7z010CLG400-1) （7010 芯片）
- XC7Z020-1 (xc7z020CLG400-1) 后续生产
- XC7Z020-2 (xc7z020CLG400-2) 后续生产
备注 （7020 车规级版在vivado2018.3识别出的是XC7Z020，如果工程选择xa7z020 ,在SDK环境下有时候会弹出警告，所以这里直接选择XC7Z020CLG400-1）
2) 创建一个BLOCK设计，并添加ZYNQ7 PROCESSING SYSTEM模块，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
3）在ZYNQ中设置时钟功能：
找到 设置项目中的 Clock Configuration 选项， 在PL Fabric Clocks 设置自己需要的时钟频率，这里一共有4种频率可以设置 类似于我们的PLL功能。这里我们设置50M时钟
4）在zynq中设置DDR功能：
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)在ZYNQ中配置SPI功能
因为屏幕的接口是连接到ZYNQ的PL口上，所以这里我们调用EMIO的SPI功能（即使用PS的SPI功能，但是内部连接映射到PL的GPIO口上）
MIO Configuration→SPI 0勾上 并选择EMIO
6）由于屏幕的驱动除了SPI外，还需要2个额外的GPIO口来分别控制复位RES和 D/C信号，所以这里增加两个GPIO口，这里GPIO资源选择EMIO GPIO 位宽Width选择2（因为是2个IO口）
5）完成上述操作后， 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，并用鼠标连接FCLK_CLK和 M_AXI_GP0_ACLK，得到下图
在上图中分别点击IO口进行以下操作：
右键GPIO_0选择Make External
右键SPI_0 选择Make External
6）source→Design Source ，右键我们创建的BLOCK工程，点击create HDL wrapper，打包BLOCK文件并生成.v代码
这时候我们可以看到软件的TOP层 的verilog文件,打开后观察管脚信号,如下图
圈内的几个管脚是我们之前定义的SPI 管脚,和GPIO管脚, 其中
其中spi_0_io0为 SPI的MOSI信号, spi_0_io1_io 为MISO信号 ,SCK 为SPI时钟信号, SS,SS1,SS2分别为三组SPI 的CS信号
GPIO_0_0为刚才定义的三个GPIO (控制屏幕的背光, 复位 和D/C用)
7) 因为我们的屏幕只用到了一组CS ，所以我们删除多余的CS
屏幕实际只用到了 SPI的数据SDA和时钟SCL和CS三个信号, 所以SPI 我们只需要引出 MOSI (SDA) 和 SCK(SCL)，和CS(SS)即可
删除如下框图中的信号的位置
同样也需要删除内部 buf(否则 外部管脚不调用会报错)
8) 点击绿色箭头RUN 对代码进行编译
9) 点击RTL 中的SCHEMATIC , 并选择右边出现的 IO Ports 来增加SPI的管脚定义(这一步也可以在约束文件中定义, 可看之前的例子)
修改GPIO 管脚定义 和SPI管脚定义,如下图所示 ,修改后保存(如弹出 窗口需要,则在窗口中输入约束文件名,然后保存)
CS H18 D/C J15 SCL H17 SDA F16 RES G14
10) 生成bit文件 :按下Generate Bitstream 完成综合以及生成bit文件
5.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)选择一个空工程,点击完成
6) 在空工程中创建我们自己的代码
展开我们创建的工程,在src目录上右键，选择New->Source File，如下图所示：
在弹出的窗口中创建一个main.c文件
6）书写自己的代码
6.1小贴士：
在初次写PS部分的代码时，如GPIO代码 和SPI代码，不知道怎么写的情况下，其实可以通过打开 BSP工程下的 system.mss文件， 然后在右边导入需要的参考例程， 然后将例程中自己需要的部分（如GPIO初始化，或者SPI的写和读代码COPY到自己工程的main函数中）
6.2定义GPIO部分
下面进入正题， 我们要点亮屏幕， 屏幕这里用了3个GPIO 都是用了ZYNQ PS端的EMIO资源， EMIO的GPIO资源是从54开始的， 所以我们根据FPGA管脚约束中的 GPIO 0-3 分别对应 EMIO的54-55-56，如下图对GPIO进行定义
#define EMIO_LCD_CD 54 #define EMIO_LCD_RES 55
接下来 简单介绍下GPIO的调用
a. GPIO的初始化
如下图所示，需要先定义一个XgpioPs 的结构体指针， 这个指针的内容包括gpio分配的ID和基地址，这些信息通常在xparameter.h头文件中， 可以通过使用XGpioPs_LookupConfig函数，它能够在配置信息中找到对应ID的配置信息
ConfigPtr=XGpioPs_LookupConfig(GPIO_DEVICE_ID); 就相当于把获得到的信息赋予给之前定义的ConfigPtr结构体
最终再用 XGpioPs_CfgInitialize 函数来初始化GPIO
void Lcd_Gpio_Init(void){
XGpioPs_Config *ConfigPtr;
ConfigPtr = XGpioPs_LookupConfig(GPIO_DEVICE_ID);
XGpioPs_CfgInitialize(&Gpio, ConfigPtr,ConfigPtr->BaseAddr);
XGpioPs_SetDirectionPin(&Gpio, EMIO_LCD_CD, 1);
XGpioPs_SetOutputEnablePin(&Gpio, EMIO_LCD_CD, 1);
XGpioPs_SetDirectionPin(&Gpio, EMIO_LCD_RES, 1);
XGpioPs_SetOutputEnablePin(&Gpio, EMIO_LCD_RES, 1);
XGpioPs_WritePin(&Gpio, EMIO_LCD_CD, 0);
XGpioPs_WritePin(&Gpio, EMIO_LCD_RES, 0);
}
b.GPIO的使用 （EMIO_LCD_RES为之前定义的 EMIO 54 的管脚）
XGpioPs_SetDirectionPin(&Gpio, EMIO_LCD_RES, 1);//设置成输出模式
XGpioPs_SetOutputEnablePin(&Gpio, EMIO_LCD_RES, 1);//打开输出使能
XGpioPs_WritePin(&Gpio, EMIO_LCD_RES, 0);// 0置低
XGpioPs_WritePin(&Gpio, EMIO_LCD_RES, 1);// 1拉高
6.3 SPI部分的定义 ，和GPIO类似 SPI也有初始化和使用两部分
a.SPI的初始化 和GPIO类似，也是定义了一个结构体，也同样通过 LookupConfig 来获得对应的硬件配置信息， 最终用 XSpiPs_CfgInitialize来完成初始化，值得注意的是程序当中 XSpiPs_SetClkPrescaler 函数是用来为SPI功能提供主时钟的分频用的，可以根据自己需要的速率选择分频参数
void Lcd_Spi_Init(){
XSpiPs_Config *SpiConfig;
SpiConfig = XSpiPs_LookupConfig(SPI_DEVICE_ID);
XSpiPs_CfgInitialize(&SpiInstance, SpiConfig,
SpiConfig->BaseAddress);
XSpiPs_SetOptions(&SpiInstance, XSPIPS_MASTER_OPTION |
XSPIPS_FORCE_SSELECT_OPTION);
XSpiPs_SetClkPrescaler(&SpiInstance,XSPIPS_CLK_PRESCALE_128);
}
b.传输 传输是用 XSpiPs_PolledTransfer 函数进行的， 其中 SendBufPtr 是发送的数据， RecvBufPtr 是接受的数据， ByteCount 可以定义我们的SPI 是8位 16位或者32位，下面是这个函数的定义
s32 XSpiPs_PolledTransfer(XSpiPs *InstancePtr, u8 *SendBufPtr,
u8 *RecvBufPtr, u32 ByteCount)
7）上面简单介绍了PS部分的GPIO和，SPI功能，接下来在main.c中 完善屏幕的代码， 将下面的完整代码复制到工程中
#include "xparameters.h"
#include "xgpiops.h"
#include "xstatus.h"
#include "xplatform_info.h"
#include "xspips.h"
#include <xil_printf.h>
#define WHITE 0xFFFF
#define BLACK 0x0000
#define BLUE 0x001F
#define BRED 0XF81F
#define GRED 0XFFE0
#define GBLUE 0X07FF
#define RED 0xF800
#define MAGENTA 0xF81F
#define GREEN 0x07E0
#define CYAN 0x7FFF
#define YELLOW 0xFFE0
#define BROWN 0XBC40
#define BRRED 0XFC07
#define GRAY 0X8430
#define EMIO_LCD_CD 54
#define EMIO_LCD_RES 55
#define GPIO_DEVICE_ID XPAR_XGPIOPS_0_DEVICE_ID
#define SPI_DEVICE_ID XPAR_XSPIPS_0_DEVICE_ID
XGpioPs Gpio; /* The driver instance for GPIO Device. */
static XSpiPs SpiInstance;
void Lcd_Gpio_Init(void){
XGpioPs_Config *ConfigPtr;
ConfigPtr = XGpioPs_LookupConfig(GPIO_DEVICE_ID);
XGpioPs_CfgInitialize(&Gpio, ConfigPtr,ConfigPtr->BaseAddr);
XGpioPs_SetDirectionPin(&Gpio, EMIO_LCD_CD, 1);
XGpioPs_SetOutputEnablePin(&Gpio, EMIO_LCD_CD, 1);
XGpioPs_SetDirectionPin(&Gpio, EMIO_LCD_RES, 1);
XGpioPs_SetOutputEnablePin(&Gpio, EMIO_LCD_RES, 1);
XGpioPs_WritePin(&Gpio, EMIO_LCD_CD, 0);
XGpioPs_WritePin(&Gpio, EMIO_LCD_RES, 0);
}
void Lcd_Spi_Init(){
XSpiPs_Config *SpiConfig;
SpiConfig = XSpiPs_LookupConfig(SPI_DEVICE_ID);
XSpiPs_CfgInitialize(&SpiInstance, SpiConfig,
SpiConfig->BaseAddress);
XSpiPs_SetOptions(&SpiInstance, XSPIPS_MASTER_OPTION |
XSPIPS_FORCE_SSELECT_OPTION);
XSpiPs_SetClkPrescaler(&SpiInstance, XSPIPS_CLK_PRESCALE_64);
}
void delay(unsigned char i){
volatile int Delay;
volatile int k;
for(k=0;k<i;k++)
for (Delay = 0; Delay < 10000; Delay++);
}
void LCD_WR_DATA8(u8 dat){
XGpioPs_WritePin(&Gpio, EMIO_LCD_CD, 1);
XSpiPs_PolledTransfer(&SpiInstance, &dat, NULL, 1);
}
void LCD_WR_REG(u8 dat){
XGpioPs_WritePin(&Gpio, EMIO_LCD_CD, 0);
XSpiPs_PolledTransfer(&SpiInstance, &dat, NULL, 1);
}
#define USE_HORIZONTAL 2
void Lcd_Init(void){
XGpioPs_WritePin(&Gpio, EMIO_LCD_RES, 0);
delay(10);
XGpioPs_WritePin(&Gpio, EMIO_LCD_RES, 1);
delay(20);
LCD_WR_REG(0x11);
delay(20);
LCD_WR_REG(0x36);
if(USE_HORIZONTAL==0)LCD_WR_DATA8(0x00);
else if(USE_HORIZONTAL==1)LCD_WR_DATA8(0xC0);
else if(USE_HORIZONTAL==2)LCD_WR_DATA8(0x70);
else LCD_WR_DATA8(0xA0);
LCD_WR_REG(0x3A);
LCD_WR_DATA8(0x05);
LCD_WR_REG(0xB2);
LCD_WR_DATA8(0x0C);
LCD_WR_DATA8(0x0C);
LCD_WR_DATA8(0x00);
LCD_WR_DATA8(0x33);
LCD_WR_DATA8(0x33);
LCD_WR_REG(0xB7);
LCD_WR_DATA8(0x35);
LCD_WR_REG(0xBB);
LCD_WR_DATA8(0x35);
LCD_WR_REG(0xC0);
LCD_WR_DATA8(0x2C);
LCD_WR_REG(0xC2);
LCD_WR_DATA8(0x01);
LCD_WR_REG(0xC3);
LCD_WR_DATA8(0x13);
LCD_WR_REG(0xC4);
LCD_WR_DATA8(0x20);
LCD_WR_REG(0xC6);
LCD_WR_DATA8(0x0F);
LCD_WR_REG(0xD0);
LCD_WR_DATA8(0xA4);
LCD_WR_DATA8(0xA1);
LCD_WR_REG(0xD6);
LCD_WR_DATA8(0xA1);
LCD_WR_REG(0xE0);
LCD_WR_DATA8(0xF0);
LCD_WR_DATA8(0x00);
LCD_WR_DATA8(0x04);
LCD_WR_DATA8(0x04);
LCD_WR_DATA8(0x04);
LCD_WR_DATA8(0x05);
LCD_WR_DATA8(0x29);
LCD_WR_DATA8(0x33);
LCD_WR_DATA8(0x3E);
LCD_WR_DATA8(0x38);
LCD_WR_DATA8(0x12);
LCD_WR_DATA8(0x12);
LCD_WR_DATA8(0x28);
LCD_WR_DATA8(0x30);
LCD_WR_REG(0xE1);
LCD_WR_DATA8(0xF0);
LCD_WR_DATA8(0x07);
LCD_WR_DATA8(0x0A);
LCD_WR_DATA8(0x0D);
LCD_WR_DATA8(0x0B);
LCD_WR_DATA8(0x07);
LCD_WR_DATA8(0x28);
LCD_WR_DATA8(0x33);
LCD_WR_DATA8(0x3E);
LCD_WR_DATA8(0x36);
LCD_WR_DATA8(0x14);
LCD_WR_DATA8(0x14);
LCD_WR_DATA8(0x29);
LCD_WR_DATA8(0x32);
LCD_WR_REG(0x21);
LCD_WR_REG(0x11);
delay(50);
LCD_WR_REG(0x29);
}
void LCD_WR_DATA(u16 dat)
{
u8 spi_dat[2];
XGpioPs_WritePin(&Gpio, EMIO_LCD_CD, 1);
spi_dat[0]=dat>>8;
spi_dat[1]=dat;
XSpiPs_PolledTransfer(&SpiInstance, spi_dat, NULL, 2);
}
void Address_set(unsigned int x1,unsigned int y1,unsigned int x2,unsigned int y2)
{
LCD_WR_REG(0x2a);
LCD_WR_DATA(x1);
LCD_WR_DATA(x2);
LCD_WR_REG(0x2b);
LCD_WR_DATA(y1+34);
LCD_WR_DATA(y2+34);
LCD_WR_REG(0x2c);
}
void LCD_Test()
{
unsigned int i,j;
Address_set(0,0,320-1,172-1);
for(i=0;i<172;i++){
if(i>=0&&i<43)
for (j=0;j<320;j++)LCD_WR_DATA(WHITE);
else if(i>=43&&i<86)
for (j=0;j<320;j++)LCD_WR_DATA(RED);
else if(i>=86&&i<129)
for (j=0;j<320;j++)LCD_WR_DATA(GREEN);
else if(i>=129&&i<172)
for (j=0;j<320;j++)LCD_WR_DATA(BLUE);
}
}
int main(void)
{
Lcd_Gpio_Init();
Lcd_Spi_Init();
Lcd_Init();
LCD_Test();
while(1){
};
return XST_SUCCESS;
}
8）用之前生成的二进制文件对FPGA进行编程，Xilinx Tools -> Program FPGA 然后点击 “Program”
9）当FPGA编程成功后，我们需要初始化zynq中的处理器，右键点击刚才创建的空工程，选择Run As -> Launch on Hardware (System Debugger) 或者 Launch on Hardware (GDB).
经过上述操作，屏幕就被成功点亮了， 正常显示 4色彩条纹，如下图所示
代码解释
以上是完整的工程图文创建过程， 除了上面提到的GPIO和 SPI部分的代码外，下面简单介绍下 工程中的其余的一些函数代码
1）关于颜色
屏幕本身是16色 也就是RGB565的颜色驱动方式 ，所以这里可以用 16字节来定义不同的颜色，如程序中的红绿蓝白，以及下面标注的其他颜色， 当然也可以根据RGB的颜色组合来合成自己需要的颜色
#define WHITE 0xFFFF #define BLACK 0x0000 #define BLUE 0x001F #define BRED 0XF81F #define GRED 0XFFE0 #define GBLUE 0X07FF #define RED 0xF800 #define MAGENTA 0xF81F #define GREEN 0x07E0 #define CYAN 0x7FFF #define YELLOW 0xFFE0 #define BROWN 0XBC40 #define BRRED 0XFC07 #define GRAY 0X8430
2)关于彩色条纹 ，如下代码，0-42行显示白色，43-85显示红色，86-128显示绿色，129-172显示蓝色
Address_set(0,0,320-1,172-1); 相当于是定义一块矩形区域，0，0，320，172分别是这个矩形的四个坐标点（这里涵盖了整个屏幕的空间，也可以自定义部分区域，详细看屏幕手册）
void LCD_Test()
{
unsigned int i,j;
Address_set(0,0,320-1,172-1);
for(i=0;i<172;i++){
if(i>=0&&i<43)
for (j=0;j<320;j++)LCD_WR_DATA(WHITE);
else if(i>=43&&i<86)
for (j=0;j<320;j++)LCD_WR_DATA(RED);
else if(i>=86&&i<129)
for (j=0;j<320;j++)LCD_WR_DATA(GREEN);
else if(i>=129&&i<172)
for (j=0;j<320;j++)LCD_WR_DATA(BLUE);
}
}
最后介绍main 函数，其实特别简单，包括GPIO的初始化，SPI的初始化， 以及屏幕的初始化（屏幕内部寄存器的配置 配置信息由厂家直接提供），以及屏幕测试函数的调用
int main(void)
{
Lcd_Gpio_Init();
Lcd_Spi_Init();
Lcd_Init();
LCD_Test();
while(1);
return XST_SUCCESS;
}
以下附件为 本页内容的完整工程
另外屏幕可以根据需求设置成横屏和竖屏模式
写在最后关于背光部分:
板子上PL部分的BANK34和BANK35所有IO都用完了，所以板子设计的时候 背光单独由MIO控制，而不是PL控制， 正常调试的时候 LCD背光默认打开（即仅仅用PL对应脚就能实现整个LCD的点屏操作，即背光脚不需要管它），当有低功耗要求，或上电需要关闭LCD再打开的要求时，可以在PS上将背光对应的MIO引脚拉低，这样LCD屏幕就不再发光。
LCD_BLK对应的管脚是MIO27
