ZYNQ-7000系列MIO/EMIO/AXI_GPIO接口

作者：碎碎思，来源：OpenFPGA微信公众号

参考官方：ug585、ds190

https://www.xilinx.com/support/documentation/data_sheets/ds190-Zynq-7000...

PS部分框图如上图所示，PS 和外部接口之间的通信主要是通过复用的输入 / 输出（ Multiplexed Input/Output，MIO）实现的，它提供了可以做灵活配置的 54 个引脚，这表明外部设备和引脚之间的映射是可以按需定义的。这样的连接也可以通过扩展 MIO （ExtendedMIO，EMIO）来实现，EMIO 并不是 PS 和外部连接之间的直接通路，而是通过共用了PL 的 I/O 资源来实现的 。这些都出现在上图的左侧。当需要扩展超过 54 个引脚的时候可以用 EMIO，而当 PL 中实现了一个 IP 包的时候，这也是 PS 和 PL 中的IP 包接口的一种方法。

可用的 I/O 包括标准通信接口和通用输入 / 输出 （General Purpose Input/Output，GPIO），GPIO 可以用做各种用途，包括简单的按钮、开关和 LED。

在ZYNQ7000系列PS中除了上面提到的MIO和EMIO之外，还包括AXI_GPIO。

这三者关系如下：

其中MIO和EMIO是直接挂在PS上的GPIO。而AXI_GPIO是通过AXI总线挂在PS上的GPIO上。

我们先看一下MIO和EMIO：下图EMIO和MIO的结构。其中MIO分布在BANK0，BANK1，而EMIO则分布在BANK2、BANK3。

注意一下几项：

首先、MIO在zynq上的管脚是固定的，而EMIO，是通过PL部分扩展的，所以使用EMIO时候需要在约束文件中分配管脚，所以设计EMIO的程序时，需要生成PL部分的bit文件，烧写到FPGA中。

其次、由下图可以看出MIO共占54bit，而EMIO占64bit。其中MIO占用IO号为0-53。而EMIO占用IO号为54-117。

再者、无论是EMIO还是MIO都属于PS上的IO，直接由PS操作。在调用头文件，只调用#include "xgpiops.h"即可，而在调用AXI_GPIO时，则需要#include "xgpio.h"。

关于EMIO：

从 PS 出来，有几种连接可以经由 PL 到外部接口上，这被称作扩展的 MIO （Extended MIO） ，即 EMIO。

EMIO 涉及到两个域之间的信号传输，是由一组简单的导线连接实现的，因此，EMIO 并不支持所有的 MIO 接口，而支持的那些中，也有些的能力受到了限制 。这些连接被安排成两个 32 位的组。

很多情况下，经由 EMIO 的接口是直接连接到所需的 PL 的外部引脚上的，这个连接是由一个约束（描述）文件中的条目所指定的。在这个模式下，EMIO 可以实现额外的 64 个输入线和 64 个带有输出始能的输出线。另一个选择是用 EMIO 来连接PS 和 PL 里的外设模块。下图描绘了这两种使用模式 ：

最后看一下，AXI_GPIO相当于GPIO的IP核，我们调用时是占用相应AXI总线地址空间，如下图，占用地址为0x41200000和0x41210000