ZYNQ常用外设设计：malloc与memcpy的使用方法

作者：Wilson Qiu，Xilinx工程师

ZYNQ对Memory的操作

参考工程见“ZYBO_Memory_GPIO_Interrupt_demo.xpr”。

ZYNQ有专用的DDR Controller接口，如果外部硬件连接了DDR器件，于是在ZYNQ Processing System中正确配置了相应的信号和参数后，DDR就可以成为ZYNQ的内存，在SDK中可以直接使用memcpy、memset以及类似的函数对于Memory空间进行操作。

Step1：查看ZYBO的原理图，找到相应的配置。ZYBO原理图中与DDR相关的部分如图 49所示。

图 49

于是得到两个信息，第一个所使用的芯片是MT41J128M16JT-125，第二个是两片DDR3颗粒是通过位拼接完成的，也就是数据位宽为32bit。

Step2：在Block Design中对DDR部分的参数进行配置。

图 50

Step3：完成Block Design设计，产生Bitstream，导入SDK。

图 51

Step4：在SDK中编写Memory测试代码。

#include 
#include 
#include "platform.h"
#include "xil_printf.h"
#include "xil_types.h"
#include "xil_io.h"
int main()
{
    u32 test_src[100];
    int i;
    int readback;
 
    init_platform();
    u32 *result = (u32*) malloc(sizeof(u32) * 100);
 
    if (result) {
       memset(result, 0, sizeof(u32) * 100);
    } else {
       return 0;
    }
 
    for(i=0;i<99;i++)
    {
       test_src[i]=i;
    }
 
   memcpy(result,test_src,100 * sizeof(u32));
 
    for(i=0;i<100;i++)
    {
       readback = Xil_In32(result+i);

其中特别需要学习的就是malloc与memcpy的使用方法。

ZYNQ中MIO/EMIO GPIO的使用

参考工程见“ZYBO_Memory_GPIO_Interrupt_demo.xpr”。

MIO是PS端的外部引脚，共有54个；EMIO是PL端的外部引脚，共有64个。ZYNQ支持通过配置将PS的控制器信号通过EMIO输出，例如PS自带的UART Controller，如果正常选择引脚只能选择MIO引脚输出，但是通过设置可以选择连接到EMIO引脚。同时EMIO引脚也可以作为PS端的扩展引脚，即经过扩展PS一共可以控制118个引脚。

该例程演示将4个EMIO设置为PS的扩展引脚，这4个EMIO连接着LED。于是，与“将用户逻辑设计封装成IP”中的实验相比，同样是控制外部4个LED，就不需要另外设计一个逻辑模块，并封装成IP作为PS的外设了，可以直接通过SDK的程序进行控制。

注意：

1. 用于扩展GPIO的EMIO和用于扩展外设的EMIO是完全独立的，GPIO的EMIO共有64个，由2个bank组成，如图 52所示。

图 52

2. EMIO的内部排序按照EMIO54、EMIO55... ... EMIO117，以此类推。有了EMIO的编号之后就与内部控制EMIO的寄存器一一对应；而EMIO在外部与外部引脚的对应关系又是可以通过管脚约束进行更改的。于是可以得出：不能通过EMIO的外部引脚的关系确定其内部寄存器的地址。工具对于EMIO GPIO的连接关系是按照从EMIO54开始依次向上排列。

Step1：在Block Design中加入ZYNQ7 Processing System，在ZYNQ7 Processing System配置中添加EMIO GPIO，如图 53所示。通过设置EMIO GPIO Width来选择扩展EMIO GPIO的个数，此时就完成了与内部寄存器之间的对应关系，规则就是从EMIO54开始向上排列。

图 53

Step2：将ZYNQ的EMIO连接到外部引脚。右击生成的GPIO信号，点击Make External。

图 54

Step3：约束EMIO与外部引脚Pad的对应关系以及EMIO的电平标准。

方法有两种：

第一种是通过XDC约束文件进行约束，需要先将Block Design生成HDL Wrapper，这样才能知道其引脚名称。

图 55

第二种方法就是Open Elaborated Design，在GUI中设置电平和引脚。

图 56

Step4：完成Block Design的综合、实现、生成Bitstream并导入SDK。

Step5：SDK中完成代码的编写，EMIO的代码编写需要包含的库文件是"xgpiops.h"。

#include "xgpiops.h"
static XGpioPs emio;
#define EMIO_54   54
#define EMIO_55   55
#define EMIO_56   56
#define EMIO_57   57

int main()
{
    //定义GPIOPS型指针，用于初始化时绑定硬件
    XGpioPs_Config *ConfigPtrPS;
    init_platform();
    //初始化GPIOPS，将ConfigPtrPS与硬件绑定
    ConfigPtrPS = XGpioPs_LookupConfig(0);
       XGpioPs_CfgInitialize(&emio, ConfigPtrPS,
                     ConfigPtrPS- > BaseAddr);
       //设置EMIO的方向，并使能EMIO
        XGpioPs_SetDirectionPin(&emio, EMIO_54, 1);
        XGpioPs_SetOutputEnablePin(&emio, EMIO_54, 1);
        XGpioPs_SetDirectionPin(&emio, EMIO_55, 1);
        XGpioPs_SetOutputEnablePin(&emio, EMIO_55, 1);
        XGpioPs_SetDirectionPin(&emio, EMIO_56, 1);
        XGpioPs_SetOutputEnablePin(&emio, EMIO_56, 1);
        XGpioPs_SetDirectionPin(&emio, EMIO_57, 1);
        XGpioPs_SetOutputEnablePin(&emio, EMIO_57, 1);
 
      while(1)
      {
       // 向EMIO写入数据，即驱动EMIO引脚
      XGpioPs_WritePin(&emio, EMIO_54, 0x0);
      XGpioPs_WritePin(&emio, EMIO_55, 0x0);
      XGpioPs_WritePin(&emio, EMIO_56, 0x0);
      XGpioPs_WritePin(&emio, EMIO_57, 0x0);
       usleep(200000);
      XGpioPs_WritePin(&emio, EMIO_54, 0x1);
      XGpioPs_WritePin(&emio, EMIO_55, 0x1);
      XGpioPs_WritePin(&emio, EMIO_56, 0x1);
      XGpioPs_WritePin(&emio, EMIO_57, 0x1);
       usleep(200000);
      }

    cleanup_platform();
    return 0;
}

Step6：如果需要将EMIO作为输入端口，只需要将IO的方向设置为input。对于IO，作为输出的时候需要Enable，但是作为输入是永远使能的，不需要额外的Enable。具体代码如图 57所示。

图 57

补充说明：

MIO和EMIO都属于PS的GPIO，用于指示的变量类型为XGpioPs；而使用AXI_GPIO外设的GPIO，由于是属于PL的，所以指示这些IO的变量类型为XGpio。

MIO和EMIO的控制对于SDK是完全相同的，其地址偏移量也是排在一起的，MIO从0排到53，EMIO接着从54开始。示例代码中显示的是EMIO作为输出和MIO作为输入，只需要将引脚编号的宏定义改为需要的MIO或者EMIO编号即可使用。

在硬件配置时MIO的配置方法与EMIO有所不同，EMIO的配置如图 53所示。而MIO由于不像EMIO，外部管脚是确定的，所以可以在ZYNQ7 Processing System配置时同时完成属性以及电平的设置，如图 58所示。

图 58

ZYNQ中Interrupt使用

参考工程见“ZYBO_Memory_GPIO_Interrupt_demo.xpr”。

ZYNQ中的中断管理是通过Generic Interrupt Controller（GIC）完成的。

任何的中断功能都需要两步，第一步是配置相应的中断，第二步是设置中断触发之后的服务函数。

配置相应中断分以下几个步骤：

1. 使能相应的功能，例如GPIO中断需要首先使能和配置GPIO；Timer中断需要首先使能和配置Timer；

图 59

2. 初始化并配置使能GIC，还要使能异常处理。第1步中的操作对于每个中断源来说都不相同，但是这一步的配置对于不同中断源而言是类似的。不同之处在于有一个参数：中断ID，即例子中的52是变化的，52是GPIO的中断号，其他中端需要使用不同的ID。该值可以在UG585中断的相关章节查询到，如图 61所示。

另一个区别就是XScuGic_Connect时的服务子函数不同。

图 60

图 61

3. 编写中断服务函数，需要注意的是进入服务函数后首先需要禁止中断，保证在处理中断时不会再次因触发中断而程序跳转；另外就是需要清除中断标志位，否则会不断触发中断。

图 62

源代码见附件。

ZYNQ CPU内部任何有定时器，在Vivado的ZYNQ配置中无需任何操作就可以在SDK中直接使用。与GPIO中断类似，Timer的中断也包含相同的几步操作，下面给出各个阶段的代码片段，完整代码见附件。

1. 初始化Timer。

图 63

2. 初始化GIC，设置中断服务函数入口。

图 64

3. 配置Timer工作模式，导入计数初值，使能中断。

图 65

4. 编写中断服务函数，进入中断后首先Disable中断，清楚中断标志位；然后进行中断处理；退出中断服务函数前重新使能中断。

图 66

Appendix 1: 配套工程

编辑：hfy