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PS端MIO的使用

PS端MIO的使用#

实验Vivado工程为“ps_mio”(仅供参考，AX7Z020/AX7Z010开发板没有此工程)。

本章介绍PS端MIO的操作，MIO是基础的外设IO，可以连接诸如SPI，I2C，UART，GPIO等，通过VIVADO软件设置，软件可以将信号通过MIO导出，同样也可以将信号通过EMIO连接到PL端的引脚上。

MIO共有两个BANK，BANK0有16个引脚，BANK1为38个引脚，共54个引脚，两个BANK的电压需要注意选择正确。

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本实验通过实现PS端LED灯的闪烁演示MIO的操作。

原理介绍#

先来了解GPIO的BANK分布，在UG585文档GPIO一章中可以看到GPIO是有4个BANK，注意与MIO的BANK区分。 BANK0控制32个信号，BANK1控制22个信号，总共是MIO的54个引脚，也就是诸如SPI,I2C,USB,SD等PS端外设接口； BANK2和BANK3共能控制64个PL端引脚，注意每一组都有三个信号，输入EMIOGPIOI，输出EMIOGPIOO，输出使能EMIOGPIOTN，类似于三态门，共192个信号。可以连接到PL端引脚，通过PS控制信号。

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Vivado工程建立#

本实验基于 “ps_hello”工程。如果想要控制PS端的MIO是需要将 GPIO MIO打开的，前面已经配置.. image:: images/08_media/image3.png

  1. 为了方便，将Vitis目录删除

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  1. 由于不需要生成FPGA烧写文件，直接点击FileExportExport Hardware，不用勾选include bitstream选项，生成Hardware信息，此时会生成新的Vitis目录。

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软件工程师工作内容#

以下为软件工程师负责内容。

Vitis程序开发#

MIO点亮PS端LED灯#

根据原理图得知，AX7020和AX7010的LED灯连接到了PS端的MIO0和MIO13，可以根据相应的开发板MIO的位置控制LED灯。

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AX7020/AX7010原理图

  1. 点击FileLaunch Vitis进入Vitis

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  1. 新建platform工程过程不再赘述，参考“PS定时器中断实验” 一章

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  1. 下图为GPIO的控制框图，实验中会用到输出部分的寄存器，数据寄存器DATA，数据掩码寄存器MASK_DATA_LSW，MASK_DATA_MSW，方向控制寄存器DIRM，输出使能控制器OEN。

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4. 再来看GPIO的寄存器，可以打开UG585文档的最下面Register Details，找到General Purpose I/O部分。

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  1. 实验中可能会用到的寄存器：

数据掩码寄存器，例如MIO 9在GPIO的BANK0，可以屏蔽其他BANK0中的其他31位。

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方向寄存器，控制数据的方向

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输出使能寄存器

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数据寄存器，有效的数据

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具体的寄存器含义就不一一讲解了，大家自行研究。

  1. 一开始编写代码可能会无从下手，我们可以导入Xilinx提供的example工程，点开system.mss，找到ps7_gpio_0，点击Import Examples

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在弹出窗口选择“xgpiops_polled_example”，点击OK

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会出现一个新的APP工程

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  1. 这个example工程是测试PS端MIO的输入输出的，由于开发板PS端的LED是MIO0和MIO13，需要在文件中修改Output_pin为0，测试MIO0的LED灯。

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由于只测试LED灯，也就是输出，我们把输入功能注释掉。保存文件。

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  1. 编译工程

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  1. Run AsLaunch on Hardware(Single Application Debug)，下载结束后，即可看到PS_LED1快速闪烁16次

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大家也可以改成MIO13观察PS_LED2的变化。

  1. 虽然用官方的例子比较方便，但是它的代码看起来比较臃肿，我们可以通过学习它的方法，自己简化写一遍。在ps_led_test的helloworld.c中修改。其实程序步骤很简单，初始化GPIO设置方向输出使能控制GPIO输出值。

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  1. 选择platform

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  1. 选择Domain，Domain的含义类似于BSP

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  1. 模板选择Hellow World即可

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  1. 可以看到多了一个APP工程，仍然是基于名为standalone on ps7_cortexa9_0的BSP，也就是一个Domain，与前面的example工程共用一个BSP

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  1. 可以将例程的代码复制到helloworld.c中，保存并Build Project

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下载方法与前面一样，就可以看到PS端的LED1和LED2灯开始闪烁。

MIO按键中断#

前面介绍了MIO作为输出控制LED灯，这里讲一下利用MIO作为按键输入控制LED灯。

  1. 通过UG585文档看下GPIO的结构图，中断的寄存器：

INT_MASK：中断掩码

INT_DIS: 中断关闭

INT_EN: 中断使能

INT_TYPE: 中断类型，设置电平敏感还是边沿敏感

INT_POLARITY: 中断极性，设置低电平或下降沿还是高电平或上升沿

INT_ANY: 边沿触发方式，需要INT_TYPE设置为边沿敏感才能使用

设置中断产生方式时需要INT_TYPE、INT_POLARITY、INT_ANY配合使用。具体寄存器含义请参考UG585 Register Details部分。

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在原理图中可以看出PS端的按键接在了MIO50和MIO51，本实验采用MIO50

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AX7020/AX7010原理图

  1. 本实验设计为接下按键LED灯亮，再按下LED灭。

主程序设计流程如下：

GPIO初始化设置按键和LED方向设置产生中断方式设置中断打开中断控制器打开中断异常打开GPIO中断判断KEY_FLAG值，是1，写LED

中断处理流程：

查询中断状态寄存器判断状态清除中断设置KEY_FLAG值

  1. 新建Vitis工程

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  1. 定义PS按键编号为50，PS LED为0

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  1. 在main函数中，设置LED和按键，将按键中断类型设置为上升沿产生中断。在本实验中，即按键信号的上升沿产生中断。

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  1. 中断控制器设置函数IntrInitFuntions是参考PS定时器中断实验所做，而下面的语句是设置中断优先级和触发方式。即操作ICDIPR和ICDICFR寄存器。

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  1. 在中断服务程序GpioHandler中，判断中断状态寄存器，清除中断，并将按键标志置1。

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  1. 在main函数中，判断按键标志key_flag，向LED写入数据。

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  1. 下载程序界面

  2. 观察实验现象，按下PS端按键，就可以控制PS端LED的亮灭。

AX7020/AX7010开发板丝印为PS KEY1；

PS端LED灯位置： AX7020/AX7010开发板丝印为PS LED1;

知识点分享#

  1. 在bsp的include文件夹下包含了xilinx的各种头文件，如本章用到的GPIO，用到了xgpiops.h，在此文件中可以看到各种宏定义，在调用GPIO函数时可以使用这些宏定义，提高可读性。

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同时也包含外设自带的函数声明

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  1. 在xparameters.h头文件中定义了各个外设的基地址，器件ID，中断等

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比如程序中的DEVICE_ID宏定义就是在这个文件里找到的。

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  1. 在libsrc文件夹中，包含外设函数的定义，使用说明

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  1. 在src文件夹下的lscript.ld中，定义了可用memory空间，栈和堆空间大小等，可根据需要修改。

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  1. 把鼠标光标放到宏定义或函数上，按下F3即可看到在哪里定义的，也可以按Ctrl+鼠标左键进入。比如下面的DEVICE_ID即可进入xparameter.h中

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本章小结#

本章介绍了MIO的输入输出控制，以及GPIO的使用，相信大家也有了一定的认识。在学习过程中，一定要多看文档，结合模块结构以及寄存器含义加深理解。参考文档UG585。

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