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Smart ZYNQ（SP2版) 工程二十六 用zynq的PS的硬件SPI资源驱动彩色LCD

Smart ZYNQ SP主板上自带一块1.3寸彩色显示屏，分辨率是240×240，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

另外因为Smart ZYNQ SL 版 不带LCD 所以此章节不适用

（备注 此章节内容适用于 Smart ZYNQ SP2，如果是Smart ZYNQ 标准版或者Smart ZYNQ SP版请看对应板子目录）

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 P15 ,D/C R15 ,SCL N15 ,SDA M15 ,RES L16 ,BLK T16(BLK默认不去控制 背光也会默认常亮输出) 另外LCD_TE 和LCD_RESERVE信号为预留信号，这里实际没有使用

彩色液晶屏资料（厂家提供的资料） 店铺 中景园电子

https://pan.baidu.com/s/1nF34QoV9Dh_59AWkbowwGQ        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， 板子的芯片型号为 XC7Z020 封装是CLG484 所以型号我们选择 xc7z020clg484-1

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3个额外的GPIO口来分别控制复位RES，D/C信号，和BLK信号，所以这里增加三个GPIO口，这里GPIO资源选择EMIO GPIO 位宽Width选择3（因为是3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 P15 ,D/C R15 ,SCL N15 ,SDA M15 ,RES L16 ,BLK T16

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 #define EMIO_LCD_BLK 56

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

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_SetDirectionPin(&Gpio, EMIO_LCD_BLK, 1);
	XGpioPs_SetOutputEnablePin(&Gpio, EMIO_LCD_BLK, 1);

	XGpioPs_WritePin(&Gpio, EMIO_LCD_CD, 0);
	XGpioPs_WritePin(&Gpio, EMIO_LCD_RES, 0);
	XGpioPs_WritePin(&Gpio, EMIO_LCD_BLK, 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_64);
}

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 EMIO_LCD_BLK 	56


#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_SetDirectionPin(&Gpio, EMIO_LCD_BLK, 1);
	XGpioPs_SetOutputEnablePin(&Gpio, EMIO_LCD_BLK, 1);

	XGpioPs_WritePin(&Gpio, EMIO_LCD_CD, 0);
	XGpioPs_WritePin(&Gpio, EMIO_LCD_RES, 0);
	XGpioPs_WritePin(&Gpio, EMIO_LCD_BLK, 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(30);
	XGpioPs_WritePin(&Gpio, EMIO_LCD_RES, 1);
	delay(100);
	LCD_WR_REG(0x11);
	delay(100);
	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(0x02); 
	
	LCD_WR_REG(0xBB);
	LCD_WR_DATA8(0x36);  
	
	LCD_WR_REG(0xC2);
	LCD_WR_DATA8(0x01);
	
	LCD_WR_REG(0xC3);
	LCD_WR_DATA8(0x11);  
	
	LCD_WR_REG(0xC4);
	LCD_WR_DATA8(0x20);  
	
	LCD_WR_REG(0xC6);
	LCD_WR_DATA8(0x0F);  
	
	LCD_WR_REG(0xD0);
	LCD_WR_DATA8(0xA7);
	LCD_WR_DATA8(0xA1);
	
	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(0x70);
	LCD_WR_DATA8(0x04);
	LCD_WR_DATA8(0x0B);
	LCD_WR_DATA8(0x06);
	LCD_WR_DATA8(0x07);
	LCD_WR_DATA8(0x04);
	LCD_WR_DATA8(0x2B);
	LCD_WR_DATA8(0x32);
	LCD_WR_DATA8(0x40);
	LCD_WR_DATA8(0x36);
	LCD_WR_DATA8(0x12);
	LCD_WR_DATA8(0x12);
	LCD_WR_DATA8(0x27);
	LCD_WR_DATA8(0x2F);
	
	LCD_WR_REG(0xE1);
	LCD_WR_DATA8(0x70);
	LCD_WR_DATA8(0x06);
	LCD_WR_DATA8(0x08);
	LCD_WR_DATA8(0x0A);
	LCD_WR_DATA8(0x08);
	LCD_WR_DATA8(0x25);
	LCD_WR_DATA8(0x29);
	LCD_WR_DATA8(0x44);
	LCD_WR_DATA8(0x42);
	LCD_WR_DATA8(0x18);
	LCD_WR_DATA8(0x14);
	LCD_WR_DATA8(0x15);
	LCD_WR_DATA8(0x2B);
	LCD_WR_DATA8(0x2D);
	
	LCD_WR_REG(0xE4);
	LCD_WR_DATA8(0x1D); 
	LCD_WR_DATA8(0x00); 
	LCD_WR_DATA8(0x00); 

	LCD_WR_REG(0x21);

	LCD_WR_REG(0x11);
	delay(150);
	LCD_WR_REG(0x29);
	delay(150);
	XGpioPs_WritePin(&Gpio, EMIO_LCD_BLK, 1);
}

 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);
	LCD_WR_DATA(y2);
	LCD_WR_REG(0x2c);
}

void LCD_Test()
{
    unsigned int i,j;
    Address_set(0,0,240-1,240-1);
    for(i=0;i<240;i++){
    	for(j=0;j<240;j++){
    		if(i>=0&&i<120&&j>=0&&j<120)LCD_WR_DATA(WHITE);
    		else if(i>=0&&i<120&&j>=120&&j<240)LCD_WR_DATA(RED);
    		else if(i>=120&&i<240&&j>=0&&j<120)LCD_WR_DATA(BLUE);
    		else if(i>=120&&i<240&&j>=120&&j<240)LCD_WR_DATA(GREEN);
    	}

    }
    XGpioPs_WritePin(&Gpio, EMIO_LCD_BLK, 1);
}


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，4个if 分别代表 以 屏幕中的四个区域（以行=120，和列=120为轴分割的四宫格的四块区域）

Address_set(0,0,240-1,240-1); 相当于是定义一块矩形区域，0，0，240，240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(0,0,240-1,240-1);

    for(i=0;i<240;i++){
      for(j=0;j<240;j++){
	  if(i>=0&&i<120&&j>=0&&j<120)LCD_WR_DATA(WHITE);
          else if(i>=0&&i<120&&j>=120&&j<240)LCD_WR_DATA(RED);
	  else if(i>=120&&i<240&&j>=0&&j<120)LCD_WR_DATA(BLUE);
	  else if(i>=120&&i<240&&j>=120&&j<240)LCD_WR_DATA(GREEN);
      }
    }
    XGpioPs_WritePin(&Gpio, EMIO_LCD_BLK, 1);
}

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;
}

另外屏幕可以根据需求设置成横屏和竖屏模式

26_PS_LCD_TEST_SP2_XC7Z020下载

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