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從小白到專家:網友親身實踐教您上手 ZYNQ 開發 | Zynq 常用外設快速上手指南

2019-09-15
關鍵詞: ZYNQ開發 Zynq

  ZYNQ有專用的DDR Controller接口,如果外部硬件連接了DDR器件,于是在ZYNQ Processing System中正確配置了相應的信號和參數后,DDR就可以成為ZYNQ的內存,在SDK中可以直接使用memcpy、memset以及類似的函數對于Memory空間進行操作。

  Step1:查看ZYBO的原理圖,找到相應的配置。ZYBO原理圖中與DDR相關的部分如下圖所示。

640.webp.jpg

  于是得到兩個信息,第一個所使用的芯片是MT41J128M16JT-125,第二個是兩片DDR3顆粒是通過位拼接完成的,也就是數據位寬為32bit。

  Step2:在Block Design中對DDR部分的參數進行配置。

640.webp (1).jpg

  Step3:完成Block Design設計,產生Bitstream,導入SDK。

640.webp (2).jpg

  Step4:在SDK中編寫Memory測試代碼。

  #include <stdio.h>

  #include <stdlib.h>

  #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);

  其中特別需要學習的就是malloc與memcpy的使用方法。

  貳

  ZYNQ 中 MIO/EMIO GPIO 的使用

  參考工程見“ZYBO_Memory_GPIO_Interrupt_demo.xpr”。

  MIO是PS端的外部引腳,共有54個;EMIO是PL端的外部引腳,共有64個。ZYNQ支持通過配置將PS的控制器信號通過EMIO輸出,例如PS自帶的UART Controller,如果正常選擇引腳只能選擇MIO引腳輸出,但是通過設置可以選擇連接到EMIO引腳。同時EMIO引腳也可以作為PS端的擴展引腳,即經過擴展PS一共可以控制118個引腳。

  該例程演示將4個EMIO設置為PS的擴展引腳,這4個EMIO連接著LED。于是,與“將用戶邏輯設計封裝成IP”中的實驗相比,同樣是控制外部4個LED,就不需要另外設計一個邏輯模塊,并封裝成IP作為PS的外設了,可以直接通過SDK的程序進行控制。

  注意

  1. 用于擴展GPIO的EMIO和用于擴展外設的EMIO是完全獨立的,GPIO的EMIO共有64個,由2個bank組成,如下圖所示。

    640.webp (3).jpg

  2. EMIO的內部排序按照EMIO54、EMIO55... ... EMIO117,以此類推。有了EMIO的編號之后就與內部控制EMIO的寄存器一一對應;而EMIO在外部與外部引腳的對應關系又是可以通過管腳約束進行更改的。于是可以得出:不能通過EMIO的外部引腳的關系確定其內部寄存器的地址。工具對于EMIO GPIO的連接關系是按照從EMIO54開始依次向上排列。

  Step1:在Block Design中加入ZYNQ7 Processing System,在ZYNQ7 Processing System配置中添加EMIO GPIO,如下圖所示。通過設置EMIO GPIO Width來選擇擴展EMIO GPIO的個數,此時就完成了與內部寄存器之間的對應關系,規則就是從EMIO54開始向上排列。

640.webp (4).jpg

  Step2:將ZYNQ的EMIO連接到外部引腳。右擊生成的GPIO信號,點擊Make External。

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  Step3:約束EMIO與外部引腳Pad的對應關系以及EMIO的電平標準。

  方法有兩種:

  第一種是通過XDC約束文件進行約束,需要先將Block Design生成HDL Wrapper,這樣才能知道其引腳名稱。

  set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports {gpio_0_tri_io[3]}]]

  set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports {gpio_0_tri_io[2]}]

  set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports {gpio_0_tri_io[1]}]

  set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports {gpio_0_tri_io[0]}]

  set_property PACKAGE_PIN D18 [get_ports {gpio_0_tri_io[3]}]

  set_property PACKAGE_PIN G14 [get_ports {gpio_0_tri_io[2]}]

  set_property PACKAGE_PIN M15 [get_ports {gpio_0_tri_io[1]}]

  set_property PACKAGE_PIN M14 [get_ports {gpio_0_tri_io[0]}]

  第二種方法就是Open Elaborated Design,在GUI中設置電平和引腳。

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  Step4:完成Block Design的綜合、實現、生成Bitstream并導入SDK。

  Step5:SDK中完成代碼的編寫,EMIO的代碼編寫需要包含的庫文件是"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()

  {

  //定義GPIOPS型指針,用于初始化時綁定硬件

  XGpioPs_Config *ConfigPtrPS;

  init_platform();

  //初始化GPIOPS,將ConfigPtrPS與硬件綁定

  ConfigPtrPS = XGpioPs_LookupConfig(0);

  XGpioPs_CfgInitialize(&emio, ConfigPtrPS,

  ConfigPtrPS->BaseAddr);

  //設置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寫入數據,即驅動EMIO引腳

  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:如果需要將EMIO作為輸入端口,只需要將IO的方向設置為input。對于IO,作為輸出的時候需要Enable,但是作為輸入是永遠使能的,不需要額外的Enable。具體代碼如下圖所示。

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  補充說明:

  MIO和EMIO都屬于PS的GPIO,用于指示的變量類型為XGpioPs;而使用AXI_GPIO外設的GPIO,由于是屬于PL的,所以指示這些IO的變量類型為XGpio。

  MIO和EMIO的控制對于SDK是完全相同的,其地址偏移量也是排在一起的,MIO從0排到53,EMIO接著從54開始。示例代碼中顯示的是EMIO作為輸出和MIO作為輸入,只需要將引腳編號的宏定義改為需要的MIO或者EMIO編號即可使用。

  在硬件配置時MIO的配置方法與EMIO有所不同,EMIO的配置如“Step1”所示。而MIO由于不像EMIO,外部管腳是確定的,所以可以在ZYNQ7 Processing System配置時同時完成屬性以及電平的設置,如下圖所示。

640.webp (8).jpg

  叁

  ZYNQ 中 Interrupt 使用

  參考工程見“ZYBO_Memory_GPIO_Interrupt_demo.xpr”。

  ZYNQ中的中斷管理是通過Generic Interrupt Controller(GIC)完成的。

  任何的中斷功能都需要兩步,第一步是配置相應的中斷,第二步是設置中斷觸發之后的服務函數。

  配置相應中斷分以下幾個步驟:

  1.   使能相應的功能,例如GPIO中斷需要首先使能和配置GPIO;Timer中斷需要首先使能和配置Timer;

  2. 640.webp (9).jpg

  2.  初始化并配置使能GIC,還要使能異常處理。第1步中的操作對于每個中斷源來說都不相同,但是這一步的配置對于不同中斷源而言是類似的。不同之處在于有一個參數:中斷ID,即例子中的52是變化的,52是GPIO的中斷號,其他中端需要使用不同的ID。該值可以在UG585中斷的相關章節查詢到,如下圖所示。

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640.webp (11).jpg

  另一個區別就是XScuGic_Connect時的服務子函數不同。

  3.  編寫中斷服務函數,需要注意的是進入服務函數后首先需要禁止中斷,保證在處理中斷時不會再次因觸發中斷而程序跳轉;另外就是需要清除中斷標志位,否則會不斷觸發中斷。

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  ZYNQ CPU內部任何有定時器,在Vivado的ZYNQ配置中無需任何操作就可以在SDK中直接使用。與GPIO中斷類似,Timer的中斷也包含相同的幾步操作,下面給出各個階段的代碼片段,完整代碼請點擊“閱讀原文”,登錄論壇獲取。

  1.   初始化Timer。

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  2.  初始化GIC,設置中斷服務函數入口。

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  3.  配置Timer工作模式,導入計數初值,使能中斷。

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  4.  編寫中斷服務函數,進入中斷后首先Disable中斷,清楚中斷標志位;然后進行中斷處理;退出中斷服務函數前重新使能中斷。

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