Xilinx ZYNQ开发GPIO的三种方式：MIO、EMIO、AXI_GPIO

前言：

ZYNQ 7000有三种GPIO：MIO，EMIO，AXI_GPIO

MIO是固定管脚的，属于PS，使用时不消耗PL资源；EMIO通过PL扩展，使用时需要分配管脚，使用时消耗PL管脚资源；AXI_GPIO是封装好的IP核，PS通过M_AXI_GPIO接口控制PL部分实现IO，使用时消耗管脚资源和逻辑资源。

使用的板子是zc702。

1.MIO方式

Zynq7000 系列芯片有 54 个 MIO(multiuse I/O)， 它们分配在 GPIO 的 Bank0 和Bank1 隶属于 PS 部分， 这些 IO 与 PS 直接相连。 不需要添加引脚约束， MIO 信号对 PL部分是透明的， 不可见。 所以对 MIO 的操作可以看作是纯 PS 的操作。

新建Vivado工程，添加ZYNQ CPU核，双击，配置好时钟和内存类型，确认勾选MIO：

如系列（三）文章所述，生成bit stream，然后Launch SDK。

在SDK中新建工程，源文件如下：
#include "xgpiops.h"
#include "sleep.h"
int main()
{
static XGpioPs psGpioInstancePtr;
XGpioPs_Config* GpioConfigPtr;
int iPinNumber= 8; //DS12连接的是MIO8
u32 uPinDirection = 0x1; //1表示输出， 0表示输入
int xStatus;
//--MIO的初始化
GpioConfigPtr = XGpioPs_LookupConfig(XPAR_PS7_GPIO_0_DEVICE_ID);
if(GpioConfigPtr == NULL)
return XST_FAILURE;
xStatus = XGpioPs_CfgInitialize(&psGpioInstancePtr,GpioConfigPtr,
GpioConfigPtr->BaseAddr);
if(XST_SUCCESS != xStatus)
print(" PS GPIO INIT FAILED /n/r");
//--MIO的输入输出操作
XGpioPs_SetDirectionPin(&psGpioInstancePtr, iPinNumber,uPinDirection);//配置MIO输出方向
XGpioPs_SetOutputEnablePin(&psGpioInstancePtr, iPinNumber,1);//配置MIO的第8位输出
while(1)
{
XGpioPs_WritePin(&psGpioInstancePtr, iPinNumber, 1);//点亮MIO的第8位输出1
usleep(500000); //延时
XGpioPs_WritePin(&psGpioInstancePtr, iPinNumber, 0);//熄灭MIO的第8位输出0
usleep(500000); //延时
}
/****************************************************************
while(1)
{
XGpioPs_WriteReg(0xE000A000,0x00000000, 0xFF7FFFFF&0xFFFF0080);
usleep(500000); //延时
XGpioPs_WriteReg(0xE000A000,0x00000000, 0xFF7FFFFF&0xFFFF0000);
usleep(500000); //延时
} *
*****************************************************************/
return 0;
}

下载到板子上，DS12就开始闪烁了。

2.EMIO方式

EMIO 分配在 bank2 和 bank3 和 PL部分相连。EMIO 有 64 个引脚可供我们使用 。当 MIO 不够用时， PS 可以通过驱动 EMIO 控制 PL 部分的引脚 。

Vivado工程里ZYNQ CPU核配置，确保EMIO勾选，这里我设置了位宽为4，后面为其分配了四个管脚：

在Diagram里面将GPIO_0的引脚引出来，生成顶层文件后查看这个引脚的名字，因为我修改了名字，这里叫emio_0_tri_io

管脚约束文件：
#GPIO PMOD1
set_property PACKAGE_PIN E15 [get_ports {emio_0_tri_io[0]}]
set_property IOSTANDARD LVCMOS25 [get_ports {emio_0_tri_io[0]}]
set_property PACKAGE_PIN D15 [get_ports {emio_0_tri_io[1]}]
set_property IOSTANDARD LVCMOS25 [get_ports {emio_0_tri_io[1]}]
set_property PACKAGE_PIN W17 [get_ports {emio_0_tri_io[2]}]
set_property IOSTANDARD LVCMOS25 [get_ports {emio_0_tri_io[2]}]
set_property PACKAGE_PIN W5 [get_ports {emio_0_tri_io[3]}]
set_property IOSTANDARD LVCMOS25 [get_ports {emio_0_tri_io[3]}]

SDK部分：MIO号是0～53，EMIO从54开始

#include "xgpiops.h"
#include "sleep.h"
int main()
{
static XGpioPs psGpioInstancePtr;
XGpioPs_Config* GpioConfigPtr;
int xStatus;
//-- EMIO的初始化
GpioConfigPtr = XGpioPs_LookupConfig(XPAR_PS7_GPIO_0_DEVICE_ID);
if(GpioConfigPtr == NULL)
return XST_FAILURE;
xStatus = XGpioPs_CfgInitialize(&psGpioInstancePtr,GpioConfigPtr,
GpioConfigPtr->BaseAddr);
if(XST_SUCCESS != xStatus)
print(" PS GPIO INIT FAILED /n/r");
//--EMIO的输入输出操作
XGpioPs_SetDirectionPin(&psGpioInstancePtr, 54,1);
XGpioPs_SetDirectionPin(&psGpioInstancePtr, 55,1);
XGpioPs_SetDirectionPin(&psGpioInstancePtr, 56,1);
XGpioPs_SetDirectionPin(&psGpioInstancePtr, 57,1);
//使能EMIO输出
XGpioPs_SetOutputEnablePin(&psGpioInstancePtr, 54,1);
XGpioPs_SetOutputEnablePin(&psGpioInstancePtr, 55,1);
XGpioPs_SetOutputEnablePin(&psGpioInstancePtr, 56,1);
XGpioPs_SetOutputEnablePin(&psGpioInstancePtr, 57,1);
while(1)
{
XGpioPs_WritePin(&psGpioInstancePtr, 54, 1);//EMIO的第0位输出1
usleep(200000); //延时
XGpioPs_WritePin(&psGpioInstancePtr, 54, 0);//EMIO的第0位输出0
usleep(200000); //延时
XGpioPs_WritePin(&psGpioInstancePtr, 55, 1);//EMIO的第1位输出1
usleep(200000); //延时
XGpioPs_WritePin(&psGpioInstancePtr, 55, 0);//EMIO的第1位输出0
usleep(200000); //延时
XGpioPs_WritePin(&psGpioInstancePtr, 56, 1);//EMIO的第2位输出1
usleep(200000); //延时
XGpioPs_WritePin(&psGpioInstancePtr, 56, 0);//EMIO的第2位输出0
usleep(200000); //延时
XGpioPs_WritePin(&psGpioInstancePtr, 57, 1);//EMIO的第3位输出1
usleep(200000); //延时
XGpioPs_WritePin(&psGpioInstancePtr, 57, 0);//EMIO的第3位输出0
usleep(200000); //延时
}
return 0;
}

下载到板子里，PMOD1的4个led灯交替闪烁。

3.AXI_GPIO方式

VIvado工程里，ZYNQ CPU核配置：
勾选M_AXI_GPIO 接口：

勾选复位信号：

给PL的时钟信号：

加入AXI_GPIO IP，这里设置位宽为4，后面将控制4个led灯:

自动连接后如下图：

管脚约束如下：
#GPIO PMOD1
set_property PACKAGE_PIN E15 [get_ports {gpio_sw_tri_o[0]}]
set_property IOSTANDARD LVCMOS25 [get_ports {gpio_sw_tri_o[0]}]
set_property PACKAGE_PIN D15 [get_ports {gpio_sw_tri_o[1]}]
set_property IOSTANDARD LVCMOS25 [get_ports {gpio_sw_tri_o[1]}]
set_property PACKAGE_PIN W17 [get_ports {gpio_sw_tri_o[2]}]
set_property IOSTANDARD LVCMOS25 [get_ports {gpio_sw_tri_o[2]}]
set_property PACKAGE_PIN W5 [get_ports {gpio_sw_tri_o[3]}]
set_property IOSTANDARD LVCMOS25 [get_ports {gpio_sw_tri_o[3]}]

SDk部分如下：

#include
#include "platform.h"
#include "xparameters.h"
#include "xgpio.h"
int main() {
XGpio gpio_led;
int status;
int i,x,y;

init_platform();
status = XGpio_Initialize(&gpio_led, 0);
if(status == 0){
printf("success /r/n");
}

XGpio_SetDataDirection(&gpio_led,1,0);//设置通道1为输出
while (1){
for (i = 0; i XGpio_DiscreteWrite(&gpio_led, 1, 0x01 for(x =1000; x > 0; x-- ){
for (y = 100000; y > 0; y--);
}
}
}
cleanup_platform();
return 0;
}

可以看到，与EMIO一样需要分配管脚，但是AXI_GPIO使用的头文件是#include "xgpio.h"，而EMIO是#include "xgpiops.h"。
下载完成后，PMOD1 的四个LED灯依次闪烁。

总结：

MIO和EMIO使用PS的GPIO，，MIO固定管脚，EMIO手动分配管脚；IP方式手动分配管脚，综合后需要消耗PL的逻辑资源。

编辑：hfy