之前的 FPGA 实验中，我们是通过 PL 资源（FPGA 逻辑）来点亮 LED 灯。这次我们将介绍如何利用 ZYNQ 的 PS 资源来实现点亮 LED 灯。由于板上的 LED 资源连接在 PL 端，我们将使用 EMIO方式来进行控制，本次实验的目的是熟悉 PS (SDK) 的开发流程。值得一提的是，从 2019 年开始，Vivado 中的 SDK 已被更名为 Vitis，但基本开发流程相似。
PS 的GPIO分三种：MIO,EMIO和AXI-GPIO： MIO是 ZYNQ PS的固定引脚，用于连接 ARM 处理器和外部设备，而 EMIO是可编程的扩展引脚，允许通过 FPGA 逻辑灵活配置和连接外部设备，AXI-GPIO 则提供了一种通过 AXI 接口与 GPIO 进行通信的方式，进一步增强了系统的灵活性。
通俗的理解MIO就是接在PS上的引脚， 而EMIO可以理解为PS映射到PL（FPGA）端的引脚（对PL端的资源占用非常小，可以简单理解为PS端拉了根导线到PL端对应的IO口），而AXI-GPIO是通过AXI-GPIO模块拓展的功能引脚（相当于PL端需要生成AXI GPIO响应的电路，占用PL资源较EMIO方式多）。
因为Smart ZYNQ上的IO以及外设大多都是接在PL端的（具有更好的拓展性），所以我们着重了解EMIO以及AXI-GPIO的使用方法即可。（MIO和EMIO在PS端的调用方法几乎一致）。
本文先介绍EMIO方式点亮LED灯，下一节再介绍AXI-GPIO方式。
- 此章节内容适用于Smart ZYNQ SP SP2和 SL 版的板子 ( 不包含Smart ZYNQ 标准版 )，如是标准版或本站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 XC7Z020CLG484-1
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）在PS的MIO配置选项的GPIO栏里，增加两路EMIO（因为本次测试的是两个，如果需要增加按键或者其它IO 这里可以对应的调整）
6）最后 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
7）将刚才添加EMIO GPIO 引出 右键GPIO_0—->Make External
8）用线将M_AXI_GP0_ACLK与 FCLK_CLK0连接起来（本章用不到AXI资源，也可以在设置页将AXI接口禁用掉，此处就不需要连接了）
9）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 GPIO_0_0_tri_io[0]] set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports GPIO_0_0_tri_io[1]] set_property PACKAGE_PIN P20 [get_ports GPIO_0_0_tri_io[0]] set_property PACKAGE_PIN P21 [get_ports GPIO_0_0_tri_io[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) 在工程中添加main.c文件 src—>New—>Source File 如下图所示
7）在弹出的窗口中填入main.c 并且保存
8）.打开刚才创建的main.c
然后 写入以下代码（代码是在 例程的基础上进行精简的） 有一个地方值得注意 EMIO的 IO口编号 是从54开始的，也就是我VIVADO 下创建的 EMIO端口，在PS端都是从54-55-56 依次排序的（小贴士 小于54的是MIO 也就是芯片PS的硬件IO口）
#include "xparameters.h"
#include "xgpiops.h"
#include "xstatus.h"
#include "xplatform_info.h"
#define LED1 54
#define LED2 55
#define GPIO_DEVICE_ID XPAR_XGPIOPS_0_DEVICE_ID
XGpioPs Gpio;
void Gpio_Init(void){
XGpioPs_Config *ConfigPtr;
ConfigPtr = XGpioPs_LookupConfig(GPIO_DEVICE_ID);
XGpioPs_CfgInitialize(&Gpio, ConfigPtr,ConfigPtr->BaseAddr);
XGpioPs_SetDirectionPin(&Gpio, LED1, 1);
XGpioPs_SetOutputEnablePin(&Gpio, LED1, 1);
XGpioPs_SetDirectionPin(&Gpio, LED2, 1);
XGpioPs_SetOutputEnablePin(&Gpio, LED2, 1);
XGpioPs_WritePin(&Gpio, LED1, 0);
XGpioPs_WritePin(&Gpio, LED2, 0);
}
#define LED_DELAY 10000000
volatile int Delay;
int main(void)
{
Gpio_Init();
while(1){
XGpioPs_WritePin(&Gpio, LED1, 0);
XGpioPs_WritePin(&Gpio, LED2, 1);
for (Delay = 0; Delay < LED_DELAY; Delay++);
XGpioPs_WritePin(&Gpio, LED1, 1);
XGpioPs_WritePin(&Gpio, LED2, 0);
for (Delay = 0; Delay < LED_DELAY; Delay++);
};
return 0;
}
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（如果仍然不行，请对板子进行断电后重试，一般发生这种问题的原因是因为debug的时候跟之前运行的程序产生冲突导致的）
七、代码解读
#define LED1 54 定义LED 1为 PS的第54脚（即EMIO第0脚）
#define LED2 55 定义LED 2为 PS的第55脚（即EMIO第1脚）
备注（EMIO 是从第54脚开始的）
XGpio_SetDataDirection 设置GPIO为输入/输出
XGpioPs_SetOutputEnablePin(&Gpio, LED, 1);//使能 LED 对应的GPIO的输出功能
XGpioPs_WritePin(&Gpio, LED, 0); //拉低 LED 对应的GPIO
XGpioPs_WritePin(&Gpio, LED, 1); //拉高 LED 对应的GPIO
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两个LED 不停的交错闪烁，反复循环。 八、 调用SDK示例DEMO介绍
其实SDK中几乎所有的硬件资源都有样例DEMO程序的，包括我们的GPIO 也有DEMO,你只需要点mss文件，并在右侧找到对应的资源，点选import Examples ,就能找到SDK官方留下的demo了。有很多DEMO都是直接可以使用的。
其实不管是 EMIO方式 还是AXI GPIO的方式 ，或者参考设计的 代码 或者我精简的代码 都是大同小异的，只要知道自己想实现什么功能，再去有针对性的研究参考设计的代码，都能写出自己想要的功能
另外赋上 下面地址是自己之前整理的MIO EMIO AXIGPIO 三者的区别，有兴趣的可以看一下zynq 中EMIO MIO AXIGPIO区别。
- 本文的完整工程下载：01_PS_LED_TEST_EMIO
- VIVADO的版本：2018.3
- 工程适用主板: Smart ZYNQ (SP / SP2 / SL) （不适用于Smart ZYNQ 标准版 ）