原創聲明：

本原創教程由芯驛電子科技（上海）有限公司（ALINX）創作，版權歸本公司所有，如需轉載，需授權并注明出處。

適用于板卡型號：

AXU2CGA/AXU2CGB/AXU3EG/AXU4EV-E/AXU4EV-P/AXU5EV-E/AXU5EV-P /AXU9EG/AXU15EG

實驗Vivado工程目錄為“ps_emio/vivado”。

實驗vitis工程目錄為“ps_emio/vitis”。

如果想用PS點亮PL的LED燈，該如何做呢？一是可以通過EMIO控制PL端LED燈，二是通過AXI GPIO的IP實現控制。本章介紹如何使用EMIO控制PL端LED燈的亮滅。同時也介紹了，利用EMIO連接PL端按鍵控制PL端LED燈。

1. 原理介紹

先來了解GPIO的BANK分布，從圖中可知BANK0~BANK2的MIO有78個。BANK3~BANK5的EMIO有96個，本章就是采用EMIO控制PL端LED。

FPGA工程師工作內容

以下為FPGA工程師負責內容。

2. Vivado工程建立

1）以ps_hello工程為基礎，另存為一個名為ps_emio的工程，打開ZYNQ配置，把GPIO EMIO勾選上。利用PL端的1個LED，1個按鍵，在MIO配置中選擇EMIO的位寬為2位，配置結束，點擊OK。

2）點擊多出的GPIO_0端口右鍵選擇Make External，將端口信號導出

3）點擊引腳并修改引腳名稱為emio，也可以根據自己需求修改名稱。保存設計。

4）點擊xx.bd右鍵選擇Generate Output Products，重新生成輸出文件

5）結束后，頂層文件會更新出新的管腳，下面需要對其進行引腳綁定

3. XDC文件約束PL管腳

1）新建XDC文件，綁定PL端引腳

設置文件名稱為emio

2）emio.xdc添加一下內容，端口名稱一定要和頂層文件端口一致

3）生成bit文件

4）雖然說沒有用到PL端的邏輯，但是用到了PL端的引腳，因此導出硬件要選擇“Include bitstream”

軟件工程師工作內容

以下為軟件工程師負責內容。

4. Vitis程序編寫

4.1 EMIO點亮PL端LED燈

下圖為GPIO的控制框圖，實驗中會用到輸出部分的寄存器，數據寄存器DATA，數據掩碼寄存器MASK_DATA_LSW，MASK_DATA_MSW，方向控制寄存器DIRM，輸出使能控制器OEN。

一開始編寫代碼可能會無從下手，我們可以導入Xilinx提供的example工程，在BSP里找到psu_gpio_0，點擊Import Examples

在彈出窗口選擇“xgpiops_polled_example”，點擊OK

會出現一個新的APP工程

1）這個example工程是測試PS端MIO的輸入輸出的，由于LED是EMIO引出來的，EMIO的MIO號是從78開始的，需要在文件中修改Output_pin為78，測試LED燈。

由于只測試LED燈，也就是輸出，我們把輸入功能注釋掉。保存文件。

2）編譯工程

3）Run AsLaunch on Hardware(Single Application Debug)，下載結束后，即可看到PS_LED快速閃爍16次

4）雖然用官方的例子比較方便，但是它的代碼看起來比較臃腫，我們可以通過學習它的方法，自己簡化寫一遍。我們新建一個APP工程。可以在空白處右鍵NewApplication Project。在ps_led_test的helloworld.c中修改。其實程序步驟很簡單，初始化GPIO設置方向輸出使能控制GPIO輸出值。

第一頁跳過

選擇硬件描述工程

填入工程名稱，并選擇相應的CPU

下一步

模板選擇Hellow World即可

5）可以看到多了一個APP工程，仍然是基于名為standalone on psu_cortexa53_0的BSP，也就是一個Domain，與前面的example工程共用一個BSP

6）可以將例程的代碼復制到helloworld.c中，保存并Build Project

7）編譯并下載

即可看到LED1閃爍。

4.2 EMIO實現PL端按鍵中斷

前面介紹了EMIO作為輸出控制LED燈，這里講一下利用EMIO作為按鍵輸入控制LED燈。

1）通過ug1085文檔看下GPIO的結構圖，中斷的寄存器：

INT_MASK：中斷掩碼

INT_DIS: 中斷關閉

INT_EN: 中斷使能

INT_TYPE: 中斷類型，設置電平敏感還是邊沿敏感

INT_POLARITY: 中斷極性，設置低電平或下降沿還是高電平或上升沿

INT_ANY: 邊沿觸發方式，需要INT_TYPE設置為邊沿敏感才能使用

設置中斷產生方式時需要INT_TYPE、INT_POLARITY、INT_ANY配合使用。具體寄存器含義請參考ug1085部分。

2）本實驗設計為按下按鍵LED燈亮，再按下LED滅。

主程序設計流程如下：

GPIO初始化設置按鍵和LED方向設置產生中斷方式設置中斷打開中斷控制器打開中斷異常打開GPIO中斷判斷KEY_FLAG值，是1，寫LED

中斷處理流程：

查詢中斷狀態寄存器判斷狀態清除中斷設置KEY_FLAG值

3）新建名為emio_key的工程，模板為hello world，拷貝例程的程序

4）定義PS按鍵編號為79，PS LED為78

5）在main函數中，設置LED和按鍵，將按鍵中斷類型設置為上升沿產生中斷。在本實驗中，即按鍵信號的上升沿產生中斷。

6）中斷控制器設置函數IntrInitFuntions是參考PS定時器中斷實驗所做，而下面的語句是設置中斷優先級和觸發方式。即操作ICDIPR和ICDICFR寄存器。

7）在中斷服務程序GpioHandler中，判斷中斷狀態寄存器，清除中斷，并將按鍵標志置1。

8）在main函數中，判斷按鍵標志key_flag，向LED寫入數據。

9）編譯工程并下載程序，觀察實驗現象，按下KEY1，就可以控制LED1燈亮滅。

5. 固化程序

前面介紹過沒有FPGA加載文件情況下如何生成固化程序（詳情參考“體驗ARM，裸機輸出”Hello World”一章）。本章內容生成了FPGA的加載文件，在這里演示一下如何生成固化程序。

與前面一樣，也是點擊system，右鍵Build Project即可

軟件會自動添加三個文件，第一個引導程序fsbl.elf，第二個為FPGA的bitstream，第三個為應用程序xx.elf，下載方法與前面一樣，不再贅述。

6. 引腳綁定常見錯誤

1）在block design設計中，比如下圖，GPIO模塊的引腳名設置為了leds和keys，很多人想當然的在XDC里按照這樣的名稱綁定引腳。

如果打開頂層文件就會發現引腳名稱是不一樣的，一定要仔細檢查，以頂層文件里的引腳名稱為準。

否則就會出現以下引腳未綁定的錯誤

2）如果是手寫XDC文件，切記注意空格，這也是非常常見的錯誤

7. 本章小節

本章進一步學習了PS端的EMIO的使用，雖然將EMIO連接到了PL端的引腳上，但Vitis中的用法還是一樣的，從這個例子我們也可以看出，一旦與PL端發生了聯系，就需要生成bitstream，雖然幾乎沒有產生邏輯。