PYNQ（zynq） PS端+PL端gpio使用 实现软件驱动按键点led灯

平台：pynq z2

发现没有针对PYNQ的，或者过程并不适合，开个头。

实现功能

PS端和PL端是通过AXI总线通信。
调用gpio核，实现由arm读取按键的输入，再将按键值送到led

总体思路

分为几步

(一) 硬件vivado

思路就是，把arm和fpga的接口通过gpio连起来，形成硬件结构。

step 1：block design调用zynq核
step 2：这里用两个gpio核，分别作为button和led输入输出，设置位宽4
step 3：检查一下地址映射，保证调用软件可以找到gpio的reg
step 4：自动连接，wrap HDL生成顶层的verilog，output hardware product
step 5：xdc约束管脚
step 6：export hardware,并且打开sdk，不用包含bitstream ，到时候再烧进去
step 7：让硬先件生成着bitstream，同步进行sdk设计

(二) 软件sdk

思路就是，根据gpio手册，用arm寻址，写数据

step 1 ：新建project
step 2 ：找到gpio 三态门的tri地址，设置两个gpio的输入、输出，
step 3 ：找到gpio数据的地址，设置输入输出数值
step 4 ：烧写bitstream，亮灯。

over.

具体实现

（1）硬件

step 1：block design调用zynq核

方便起见，不用裁剪，出来啥用啥。

step 2：两个gpio核

分别作为button和led输入输出，设置位宽4，
ps一共32bit，只用了4个

这里有个坑，默认的tri state value没法修改，输入输出都是0xffff_ffff，是不对的。所以在软件中需要修改。

自动连线后，增加了axi-interconnect 和100Mclk\rst系统

step 3：检查一下地址映射

看一眼地址 ，保证调用软件可以找到gpio的reg

step 4：自动连接，wrap HDL生成顶层的verilog，output hardware product

step 5：xdc约束管脚

只用button led，注意名字用顶层verilog中的输入输出

 ##LEDs

set_property -dict { PACKAGE_PIN R14   IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports { led_tri_o[0] }]; #IO_L6N_T0_VREF_34 Sch=led[0]
set_property -dict { PACKAGE_PIN P14   IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports { led_tri_o[1] }]; #IO_L6P_T0_34 Sch=led[1]
set_property -dict { PACKAGE_PIN N16   IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports { led_tri_o[2] }]; #IO_L21N_T3_DQS_AD14N_35 Sch=led[2]
set_property -dict { PACKAGE_PIN M14   IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports { led_tri_o[3] }]; #IO_L23P_T3_35 Sch=led[3]

##Buttons

set_property -dict { PACKAGE_PIN D19   IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports { sw_tri_i[0] }]; #IO_L4P_T0_35 Sch=btn[0]
set_property -dict { PACKAGE_PIN D20   IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports { sw_tri_i[1] }]; #IO_L4N_T0_35 Sch=btn[1]
set_property -dict { PACKAGE_PIN L20   IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports { sw_tri_i[2] }]; #IO_L9N_T1_DQS_AD3N_35 Sch=btn[2]
set_property -dict { PACKAGE_PIN L19   IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports { sw_tri_i[3] }]; #IO_L9P_T1_DQS_AD3P_35 Sch=btn[3]

step 6：export hardware,并且打开sdk

不用包含bitstream ，到时候再烧进去

step7 ：让硬先件生成着bitstream

同步进行sdk设计

（2）软件

思路就是，根据gpio手册，用arm寻址，写数据

看一下gpio规则

没用到中断，gpio都是一个channel,不存在gpiox_的x

读写都是两步走

• 设置gpio_tri
• 设置gpio_data
  

寄存器的位置

上面已知硬件的基地址， 目标就是找需要的寄存器偏移

以上， 手册用完。

编程

step 1 ：新建project

可以建pheriperial test或者helloword 用一下他的头文件。
官方api 其实用了很多宏定义，可以参考
https://blog.csdn.net/tangkunjyy/article/details/62038253?depth_1-utm_source=distribute.pc_relevant.none-task&utm_source=distribute.pc_relevant.none-task

官方为了规范，比较啰嗦，层层套娃，做的无非就是以下两步。

step 2 ：找到gpio 三态门的tri地址，设置两个gpio的输入、输出，

根据手册，channel1 ，需要偏移4，base_addr+b’100

#define tri_in *(volatile u32 *) 0x41210100
#define tri_out *(volatile u32 *) 0x41200100

step 3 ：找到gpio数据的地址，设置输入输出数值

根据手册，就是基地址

#define sw_in *(volatile u32 *) 0x41210000
#define led_out *(volatile u32 *) 0x41200000

main.c

#include <stdio.h>
#include "xparameters.h"
#include "xgpio.h"


#define tri_in  *(volatile u32 *) 0x41210100
#define tri_out *(volatile u32 *) 0x41200100
#define sw_in *(volatile u32 *)   0x41210000
#define led_out *(volatile u32 *) 0x41200000

int main () 
{
	tri_in=0xffffffff;
	tri_out=0x0;
	while(1)
	{
		led_out=sw_in;
	}

   return 0;
}

step 4 ：烧写bitstream，亮灯。

成功！

使用一个GPIO

用两个channel，测试了发现直接赋值法在按键按下的时候，跟官方api函数读出来的不一致，就是读的时候有问题。
而且使用官方api在按下的瞬间由于抖动，也会不一致。

留个坑吧，以后研究

使用官方api实现单gpio核双通道读写

#include <stdio.h>
#include "platform.h"
#include "xil_printf.h"
#include "xgpio.h"       /* GPIO data struct and APIs */
#include "xstatus.h"
#include "xparameters.h" /* Peripheral parameters  */
#include "sleep.h"
#define tri_in  *(volatile u32 *) 0x41201100
#define tri_out *(volatile u32 *) 0x41200100
#define sw_in   *(volatile u32 *) 0x41201000
#define led_out *(volatile u32 *) 0x41200000
#define GPIO_BITWIDTH   4   /* This is the width of the GPIO */
#define GPIO_DEVICE_ID  XPAR_AXI_GPIO_0_DEVICE_ID //device id

#define LED_CHANNEL 1        /* GPIO channel*/
#define SW_CHANNEL 2        /* GPIO channel*/
#define printf xil_printf   /* A smaller footprint printf */


XGpio GpioOutput; /* The driver instance for GPIO Device configured as O/P */
XGpio GpioInput; /* The driver instance for GPIO Device configured as I/P */

int main(void)
{//Application start
    /* loop forever*/
	tri_in=0xffffffff;
	tri_out=0x0;
    print("Hello World\n\r");
    while(1){

    u32 Rdata;
    u32 data1;
    //read channel
    XGpio_Initialize(&GpioInput, GPIO_DEVICE_ID);
    XGpio_SetDataDirection(&GpioInput, SW_CHANNEL, 0xffffffff);
    Rdata=XGpio_DiscreteRead(&GpioInput, SW_CHANNEL);

    //out channel
    XGpio_Initialize(&GpioOutput, GPIO_DEVICE_ID);
    XGpio_SetDataDirection(&GpioOutput, LED_CHANNEL, 0x0);
    XGpio_DiscreteWrite(&GpioOutput, LED_CHANNEL, Rdata);
   /*    equal to 
    led_out=Rdata;*/

    //**********test read  
    // cant equal??
    data1=sw_in;
    if (data1 == Rdata)
    {
    	print("SUCESS!.\r\n");
        Rdata=data1;
        print("change!.\r\n");
    }
    else print("FAILED!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!.\r\n");




    



    }
    return XST_SUCCESS;
}

plus AXI知识

大致了解，可以不看。
AXI4：（For high-performance memory-mapped requirements）主要面向高性能地址映射通信的需求，是面向地址映射的接口，允许最大256轮的数据突发传输。
AXI4-Lite：（For simple, low-throughput memory-mapped communication）是一个轻量级的地址映射单次传输接口， 占用很少的逻辑单元。
AXI4-Stream：（For high-speed streaming data）面向高速流数据传输，去掉了地址项，允许无限制的数据突发传输。

数据在总线上是遵守协议定的规则来传输的，AXI信号传输先是传地址，然后检测READY+VALID，都为高电平时开始传数据，当主机发送最后一个数据时LAST信号拉高，通知从机传输结束。

握手协议：

READY，VALID握手通信机制，主机产生 VLAID 信号来指明何时数据或控制信息有效。从机产生 READY 信号来指明已经准备好接受数据或控制信息。传输发生在 VALID和 READY 信号同时为高的时候。（还有一个LAST信号表示什么时候传到最后一个数据了）

读时序：地址线上发来地址，地址准备和地址有效都高时，开始发送要读的数据，读准备和读有效都高时数据被读取到，发最后一个数据时读LAST信号拉高。

写时序：地址线上发来地址，地址准备和地址有效都高时，开始发送要写的数据，写准备和写有效都高时数据写入，发最后一个数据时写LAST信号拉高。写数据多了一个反馈信号，反馈给主机，主机接收到这个信号，就知道写成功了。

AXI GPIO软核，在PL端实现，S_AXI端连接在AXI总线上与PS端处理器进行通信，GPIO端连接实际引脚（可任意分配），驱动板载外设。

• 每个通道可设置32个I/O
• 每个I/O可设置为输入或输出
• 可配置支持双通道和外部中断

点击右侧Address Editor即可看到硬件相关信息，在PL端实现的axi_gpio_0 IP核中所包含的寄存器首地址和结束地址，这个信息待会就要导出到硬件设计文件中，通过软件操作相关寄存器。

接下来导出整个设计的硬件设计文件（hdf）供SDK进行软件设计使用，因为设计中包含PL端设计，生成比特流文件，用来配置PL端的设计（AXI GPIO 软ip核）

ref
https://blog.csdn.net/Mculover666/article/details/83051767