AXI_GPIO简介与使用指南
学习内容 前面简单学习了关于gpio的操作，本次将使用pl 端调用 axi gpio ip 核， 并通过 axi4-lite 接口实现 ps 与 pl 中 axi gpio 模块的通信。
开发环境 vivado 18.3sdkpynq-z2
axi_gpio简介
axi gpio ip 核为 axi 接口提供了一个通用的输入/输出接口。与 ps 端的 gpio 不同， axi gpio 是一个软核（ soft ip），即 zynq 芯片在出厂时并不存在这样的一个硬件电路， 而是由用户通过配置 pl 端的逻辑资源来实现的一个功能模块。而 ps 端的 gpio 是一个硬核（ hard ip） ，它是一个生产时在硅片中实现的功能电路。我们之前驱动的mio接口，他属于ps端口的一个搭载好的硬件资源，而对于axi_gpio这样一个ip核来说他就相当于与在pl的逻辑端口实现了一个软核ip的gpio接口。axi 接口作为 zynq ps 和 pl 之间的桥梁， 能够使两者协同工作，进而形成一个完整的、 高度集成的系统。axi gpio 可以配置成单通道或者双通道， 每个通道的位宽可以单独设置。另外通过打开或者关闭三态缓冲器， axi gpio 的端口还可以被动态地配置成输入或者输出接口。其顶层模块的框图如下所示：
模块的左侧实现了一个 32 位的 axi4-lite 从接口， 用于主机访问 axi gpio 内部各通道的寄存器。当右侧接口输入的信号发生变化时，模块还能向主机产生中断信号。不过只有在配置 ip核时选择“ 使能中断” ， 才会启用模块的中断控制功能。
我们可以在xilinx的一个说明书（ug144）中详细的看到关于axi_gpio ip的具体的寄存器，对于不同功能的配置我们只需要像在arm开发中进行寄存器的配置即可，但寄存器的操作过于繁琐，在一般的开发过程中我们通常进行的都是库函数的使用调用。
在文档中我们可以看到ip的以下特点，基本包含了硬件gpio的所有功能。设置输入输出模式，设置中断等。
引脚说明表如下，在这个表中，大致分为了两类，第一类s_axi接口的相关引脚，用于配置挂载到axi总线，s_axi_*这是一组信号接口，用于进行数据的交互和配置；第二类是和gpio有关的信号接口，这里的ip中有两组gpio，每组输出三个信号经过一个三态缓存器实现三态输出。为了实现中断功能，这里的ip2intc_irpt是中断的敏感信号。
编程指南 同样在ug144中我们可以找到对于axi_gpio ip在应用开发的时候的一个编程指南
设置带中断的input 将端口配置为输入，将相应的位写入gpiox_tri寄存器，值为1。 通过设置ip中断使能中相应的位使能通道中断注册;也可以通过设置全局中断的第31位来启用全局中断注册为1。 当接收到中断时，读取gpiox_data寄存器中相应的位。通过写入值为1的对应位来清除ip中断状态寄存器中的状态。 这里的编程指南描述的是寄存器的配置流程，在我们的实际应用中简单来说就是调用库函数配置端口为输入，然后进行中断功能的注册（类似前文的gpio的按键中断）。
配置为普通的input 将端口配置为输入，将相应的位写入gpiox_tri寄存器，值为1。 读取gpiox_data寄存器中相应的位。 配置为普通的output 通过在gpiox_tri寄存器中写入值为0的对应位，将端口配置为输出。 将相应的位写入gpiox_data寄存器。 工程系统框图 实现功能为使用emio的引脚驱动led，使用axi_gpio的ip进行按键控制，当我们按键按下时，我们的led进行一次反转。
硬件平台搭建 同样重复前面的步骤，打开vivado工具的block design 添加zynq的ip核，完成基础配置。
然后打开mio configuration，对emio引脚的led进行配置
因为这里我们要使用axi_gpio的中断功能，所以我们打开中断界面进行配置，开启中断后，勾选pl到ps的中断功能。这里的中断标号有16个，对应原则是[15:0]对应的是[91:84]:[68:61]，这里我们只使用了一个中断，所以我们的中断标号是61。
配置完成后添加axi_gpio的ip核。配置使能中断，gpio的位宽选择为1即可。
完成配置后得到下图点击运行自动连接，可以进行帮助我们进行对应端口的自动连接：
自动连接完成后如图所示：
这里工具帮助我们完成了大部分的连接，但是没有帮助我们进行中断功能的连线，我们需要手动进行连接。
手动连接完成：
完成设计后，我们进行generate output product 然后生成hdl封装。接着就对应引脚进行引脚约束即可（pynq的粉色开发板可以直接引用这个约束）：
set_property -dict { package_pin r14 iostandard lvcmos33 } [get_ports { gpio_0_tri_io[0] }]; #io_l6n_t0_vref_34 sch=led[0]set_property -dict { package_pin d19 iostandard lvcmos33 } [get_ports { axi_gpio0_tri_io[0] }]; #io_l4p_t0_35 sch=btn[0] 完成约束后进行综合布局布线，等待生成bit流文件。bit文件生成后在file处，点击导出硬件资源（包含bit流文件），接着launch sdk。
软件部分编写 这里引用的axi gpio的资源对应的是gpio的部分,配置相应的功能函数可以参考相应的文件和对应的例程。
首先给出我本次的工程代码，在后面进行简要的说明：
#include #include platform.h#include xil_printf.h#include xgpiops.h#include xgpio.h#include xparameters.h#include xparameters_ps.h#include xscugic.h#include sleep.h//设置设备id和io编号#define gpio_id xpar_xgpiops_0_device_id //ps gpio的器件id#define axi_gpio_id xpar_gpio_0_device_id//axigpio的器件id#define scugic_id xpar_ps7_scugic_0_device_id//中断的id//axi gpio的中断号#define axi_gpio_intr_id xpar_fabric_gpio_0_vec_id#define led0 54//axi gpio通道1#define axi_gpio_channel 1//定义调用gpiops的结构体xgpiops gpiops;xgpiops_config *gpio_cfg;//定义调用中断的结构体xscugic gpio_gic;xscugic_config *gpio_gic_cfg;//定义调用gpio的结构体xgpio axi_gpio;//变量声明u32 key_value=0;//函数声明void init_gpio();void intrhandler();int main(){u32 led_status=0; init_platform(); init_gpio(); init_interrupt(); print(axi_gpio test); while(1) { if(key_value==1){ //清除中断状态 if(xgpio_discreteread(&axi_gpio, axi_gpio_channel)==1){ led_status=~led_status; } xgpio_interruptclear(&axi_gpio, 0x0000001); key_value=0; xgpiops_writepin(&gpiops,led0,led_status); usleep(200000); //打开中断使能 xgpio_interruptenable(&axi_gpio, 0x0000001);//使能中断 } } cleanup_platform(); return 0;}//初始化gpiovoid init_gpio(){//查找设备id，gpio初始化操作gpio_cfg=xgpiops_lookupconfig(gpio_id);xgpiops_cfginitialize(&gpiops,gpio_cfg,gpio_cfg->baseaddr);//设置gpio为输出，开启使能xgpiops_setdirectionpin(&gpiops,led0,1);xgpiops_setoutputenablepin(&gpiops,led0,1);//对pl端的gpio进行初始化xgpio_initialize(&axi_gpio,axi_gpio_id);//对axi设置方向xgpio_setdatadirection(&axi_gpio,axi_gpio_channel,0x0000001);//设置为输入}void init_interrupt(){//初始化gicgpio_gic_cfg = xscugic_lookupconfig(scugic_id);xscugic_cfginitialize(&gpio_gic,gpio_gic_cfg,gpio_gic_cfg->cpubaseaddress);//初始化异常处理xil_exceptioninit();//cpu中断异常注册xil_exceptionregisterhandler(xil_exception_id_int,(xil_exceptionhandler)xscugic_interrupthandler,&gpio_gic);//使能处理器中断xil_exceptionenablemask(xil_exception_irq);//链接中断信号xscugic_connect(&gpio_gic,axi_gpio_intr_id,(xil_interrupthandler)intrhandler,&axi_gpio);//使能中断xscugic_enable(&gpio_gic,axi_gpio_intr_id);//0xa0中断优先级xscugic_setprioritytriggertype(&gpio_gic,axi_gpio_intr_id,0xa0, 0x3);//axi gpio使能中断xgpio_interruptglobalenable(&axi_gpio);//打开全局中断xgpio_interruptenable(&axi_gpio, 0x0000001);//使能中断}void intrhandler(){printf(interrupt~~);key_value=1;//关闭中断使能xgpio_interruptdisable(&axi_gpio, 0x0000000);} 部分代码讲解 代码很类似上次的gpio的中断功能的代码，这里只是更改了部分函数对axi gpio的ip进行ip的配置，实现带中断的输入功能的key。axi的初始化只需要一行代码即可完成，然后根据编程指南设置下方向即可完成输入的配置xgpio_initialize(&axi_gpio,axi_gpio_id);//对pl端的gpio进行初始化xgpio_setdatadirection(&axi_gpio,axi_gpio_channel,0x0000001);//对axi设置方向设置为输入对于这里的axi_gpio中断的标号就是我们前面提到的61，在这里我们可以进行define一下，方便我们进行引用。#define axi_gpio_intr_id xpar_fabric_gpio_0_vec_id//axi gpio的中断号在sdk中寻一下这个参数的数据也可以验证我们的标号数值：
对于axi _gpio，我们配置的时候可以看到，每个ip核有两路gpio，这里我们只用了通道1，所以我们的通道编号定义为1 #define axi_gpio_channel 1//axi gpio通道1在配置axi gpio的中断功能时，用的了xscugic_setprioritytriggertype(&gpio_gic,axi_gpio_intr_id,0xa0, 0x3);在寻到该函数定义时候，可以简要了解下参数的配置功能。
0xa0配置了中断优先级，这里我们不进行中断优先级的配置，所以引用的是示例里面的默认值，中断编号就是我们axi gpio的编号，0x03这个值用于配置中断的方式。这里我们的中断有高电平触发和边沿触发模式。我们设置边沿触发后，在我们按下按键会满足两次边沿触发的条件（这里我感觉注释和实际操作不相符），然后回看我们的编程指南，在中断配置时候是也是要求我们：当接收到中断时，读取gpiox_data寄存器中相应的位。通过写入值为1的对应位来清除ip中断状态寄存器中的状态。所以我们就引用了xgpio_discreteread(&axi_gpio, axi_gpio_channel) 对中断的状态进行读取。对应编程指南代码编写如下：
//清除中断状态 if(xgpio_discreteread(&axi_gpio, axi_gpio_channel)==1){ led_status=~led_status; } xgpio_interruptclear(&axi_gpio, 0x0000001); 完成代码编写后下载到我们的pynq的开发板即可完成本次实验。
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模块的左侧实现了一个 32 位的 axi4-lite 从接口， 用于主机访问 axi gpio 内部各通道的寄存器。当右侧接口输入的信号发生变化时，模块还能向主机产生中断信号。不过只有在配置 ip核时选择“ 使能中断” ， 才会启用模块的中断控制功能。
我们可以在xilinx的一个说明书（ug144）中详细的看到关于axi_gpio ip的具体的寄存器，对于不同功能的配置我们只需要像在arm开发中进行寄存器的配置即可，但寄存器的操作过于繁琐，在一般的开发过程中我们通常进行的都是库函数的使用调用。
在文档中我们可以看到ip的以下特点，基本包含了硬件gpio的所有功能。设置输入输出模式，设置中断等。
引脚说明表如下，在这个表中，大致分为了两类，第一类s_axi接口的相关引脚，用于配置挂载到axi总线，s_axi_*这是一组信号接口，用于进行数据的交互和配置；第二类是和gpio有关的信号接口，这里的ip中有两组gpio，每组输出三个信号经过一个三态缓存器实现三态输出。为了实现中断功能，这里的ip2intc_irpt是中断的敏感信号。
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配置为普通的input 将端口配置为输入，将相应的位写入gpiox_tri寄存器，值为1。 读取gpiox_data寄存器中相应的位。 配置为普通的output 通过在gpiox_tri寄存器中写入值为0的对应位，将端口配置为输出。 将相应的位写入gpiox_data寄存器。 工程系统框图 实现功能为使用emio的引脚驱动led，使用axi_gpio的ip进行按键控制，当我们按键按下时，我们的led进行一次反转。
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配置完成后添加axi_gpio的ip核。配置使能中断，gpio的位宽选择为1即可。
完成配置后得到下图点击运行自动连接，可以进行帮助我们进行对应端口的自动连接：
自动连接完成后如图所示：
这里工具帮助我们完成了大部分的连接，但是没有帮助我们进行中断功能的连线，我们需要手动进行连接。
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#include #include platform.h#include xil_printf.h#include xgpiops.h#include xgpio.h#include xparameters.h#include xparameters_ps.h#include xscugic.h#include sleep.h//设置设备id和io编号#define gpio_id xpar_xgpiops_0_device_id //ps gpio的器件id#define axi_gpio_id xpar_gpio_0_device_id//axigpio的器件id#define scugic_id xpar_ps7_scugic_0_device_id//中断的id//axi gpio的中断号#define axi_gpio_intr_id xpar_fabric_gpio_0_vec_id#define led0 54//axi gpio通道1#define axi_gpio_channel 1//定义调用gpiops的结构体xgpiops gpiops;xgpiops_config *gpio_cfg;//定义调用中断的结构体xscugic gpio_gic;xscugic_config *gpio_gic_cfg;//定义调用gpio的结构体xgpio axi_gpio;//变量声明u32 key_value=0;//函数声明void init_gpio();void intrhandler();int main(){u32 led_status=0; init_platform(); init_gpio(); init_interrupt(); print(axi_gpio test); while(1) { if(key_value==1){ //清除中断状态 if(xgpio_discreteread(&axi_gpio, axi_gpio_channel)==1){ led_status=~led_status; } xgpio_interruptclear(&axi_gpio, 0x0000001); key_value=0; xgpiops_writepin(&gpiops,led0,led_status); usleep(200000); //打开中断使能 xgpio_interruptenable(&axi_gpio, 0x0000001);//使能中断 } } cleanup_platform(); return 0;}//初始化gpiovoid init_gpio(){//查找设备id，gpio初始化操作gpio_cfg=xgpiops_lookupconfig(gpio_id);xgpiops_cfginitialize(&gpiops,gpio_cfg,gpio_cfg->baseaddr);//设置gpio为输出，开启使能xgpiops_setdirectionpin(&gpiops,led0,1);xgpiops_setoutputenablepin(&gpiops,led0,1);//对pl端的gpio进行初始化xgpio_initialize(&axi_gpio,axi_gpio_id);//对axi设置方向xgpio_setdatadirection(&axi_gpio,axi_gpio_channel,0x0000001);//设置为输入}void init_interrupt(){//初始化gicgpio_gic_cfg = xscugic_lookupconfig(scugic_id);xscugic_cfginitialize(&gpio_gic,gpio_gic_cfg,gpio_gic_cfg->cpubaseaddress);//初始化异常处理xil_exceptioninit();//cpu中断异常注册xil_exceptionregisterhandler(xil_exception_id_int,(xil_exceptionhandler)xscugic_interrupthandler,&gpio_gic);//使能处理器中断xil_exceptionenablemask(xil_exception_irq);//链接中断信号xscugic_connect(&gpio_gic,axi_gpio_intr_id,(xil_interrupthandler)intrhandler,&axi_gpio);//使能中断xscugic_enable(&gpio_gic,axi_gpio_intr_id);//0xa0中断优先级xscugic_setprioritytriggertype(&gpio_gic,axi_gpio_intr_id,0xa0, 0x3);//axi gpio使能中断xgpio_interruptglobalenable(&axi_gpio);//打开全局中断xgpio_interruptenable(&axi_gpio, 0x0000001);//使能中断}void intrhandler(){printf(interrupt~~);key_value=1;//关闭中断使能xgpio_interruptdisable(&axi_gpio, 0x0000000);} 部分代码讲解 代码很类似上次的gpio的中断功能的代码，这里只是更改了部分函数对axi gpio的ip进行ip的配置，实现带中断的输入功能的key。axi的初始化只需要一行代码即可完成，然后根据编程指南设置下方向即可完成输入的配置xgpio_initialize(&axi_gpio,axi_gpio_id);//对pl端的gpio进行初始化xgpio_setdatadirection(&axi_gpio,axi_gpio_channel,0x0000001);//对axi设置方向设置为输入对于这里的axi_gpio中断的标号就是我们前面提到的61，在这里我们可以进行define一下，方便我们进行引用。#define axi_gpio_intr_id xpar_fabric_gpio_0_vec_id//axi gpio的中断号在sdk中寻一下这个参数的数据也可以验证我们的标号数值：
对于axi _gpio，我们配置的时候可以看到，每个ip核有两路gpio，这里我们只用了通道1，所以我们的通道编号定义为1 #define axi_gpio_channel 1//axi gpio通道1在配置axi gpio的中断功能时，用的了xscugic_setprioritytriggertype(&gpio_gic,axi_gpio_intr_id,0xa0, 0x3);在寻到该函数定义时候，可以简要了解下参数的配置功能。
0xa0配置了中断优先级，这里我们不进行中断优先级的配置，所以引用的是示例里面的默认值，中断编号就是我们axi gpio的编号，0x03这个值用于配置中断的方式。这里我们的中断有高电平触发和边沿触发模式。我们设置边沿触发后，在我们按下按键会满足两次边沿触发的条件（这里我感觉注释和实际操作不相符），然后回看我们的编程指南，在中断配置时候是也是要求我们：当接收到中断时，读取gpiox_data寄存器中相应的位。通过写入值为1的对应位来清除ip中断状态寄存器中的状态。所以我们就引用了xgpio_discreteread(&axi_gpio, axi_gpio_channel) 对中断的状态进行读取。对应编程指南代码编写如下：
//清除中断状态 if(xgpio_discreteread(&axi_gpio, axi_gpio_channel)==1){ led_status=~led_status; } xgpio_interruptclear(&axi_gpio, 0x0000001); 完成代码编写后下载到我们的pynq的开发板即可完成本次实验。
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