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裸机开发-GPIO外设

news 来源：原创 2025/5/20 0:33:48

重新开始学ZYNQ开发，学完上linux系统

基础知识：ZYNQ 的三种GPIO ：MIO、EMIO、AXI - FPGA/ASIC技术 - 电子发烧友网

GPIO是ZYNQ PS端的一个IO外设，用于观测（input）和控制（output）器件引脚的状态

MIO（Multiplexed I/O）多路复用IO。是ZYNQ PS端的一部分，将来自PS外设和静态存储器接口的访问多路复用到PS引脚上，直接连接到PS端的引脚，用于控制外设（如LED、按键等）。MIO的引脚位置是固定的，不需要像PL端那样进行引脚约束。

EMIO（Extended MIO），扩展的MIO。EMIO是PS与PL的接口，当PS引脚不够用的时候，可以使用EMIO来进行扩展，从而使用PL的IO；当某个设备硬件已经连接到PL端，但是通过Verilog代码实现较复杂的时候，可以用EMIO让PS端来驱动。

GPIO分组：Bank0：32位控制MIO[31:0]；Bank1:32位控制MIO[53:32]； Bank2:32位控制EMIO[31:0]；Bank3:32位控制EMIO[63:32]。

软件通过GPIO可以独立且动态的编程，作为输入/输出以及中断模式。

实验任务一：点灯大师（基于寄存器）使用PS端的MIO控制两个LED，实现LED闪烁的效果，闪烁间隔为1s。

第一步：在vivado上block design中创建了一个最小系统（system）作为zynq的ps端。在最小系统（DDR3+UART）中添加了GPIO（通用输入输出）外设，负责管理和控制MIO引脚的状态。GPIO通过MIO引脚直接连接到LED，实现对其的控制。

第二步：代码逻辑控制ps端，通过GPIO的数据手册中的几个寄存器控制LED.

#include <stdio.h>
#include "xil_io.h"
#include "sleep.h"

#define GPIOPS_BASE_ADDRESS 	 0xE000A000  // GPIO基地址
#define XGPIOPS_DIRM_OFFSET 	 0x00000204  // 方向模式寄存器偏移地址
#define XGPIOPS_OUTEN_OFFSET 	 0x00000208  // 输出使能寄存器偏移地址
#define XGPIOPS_DATA_LSW_OFFSETR 0x00000000  // 带屏蔽的数据寄存器偏移地址

int main() {
    printf("GPIO MIO TEST!\n");

    // 对GPIO引脚进行配置
    // 配置方向模式寄存器，使MIO7和MIO8为输出模式
    Xil_Out32(GPIOPS_BASE_ADDRESS + XGPIOPS_DIRM_OFFSET, 0x00000180);  // 0000_0000_0000_0000_0000_0001_1000_0000
    // 配置输出使能寄存器，使MIO7和MIO8输出使能
    Xil_Out32(GPIOPS_BASE_ADDRESS + XGPIOPS_OUTEN_OFFSET, 0x00000180); // 0000_0000_0000_0000_0000_0001_1000_0000

    while (1) {
        // 点亮MIO7，熄灭MIO8
        Xil_Out32(GPIOPS_BASE_ADDRESS + XGPIOPS_DATA_LSW_OFFSETR, 0xff7f0080); // 0000_0000_0000_0000_0000_0000_1000_0000
        sleep(1); // 延迟1秒
        Xil_Out32(GPIOPS_BASE_ADDRESS + XGPIOPS_DATA_LSW_OFFSETR, 0xff7f0000); // 0000_0000_0000_0000_0000_0000_1000_0000
        sleep(1); // 延迟1秒
        // 点亮MIO8，熄灭MIO7
        Xil_Out32(GPIOPS_BASE_ADDRESS + XGPIOPS_DATA_LSW_OFFSETR, 0xfeff0100); // 0000_0000_0000_0000_0000_0001_0000_0000
        sleep(1); // 延迟1秒
        Xil_Out32(GPIOPS_BASE_ADDRESS + XGPIOPS_DATA_LSW_OFFSETR, 0xfeff0000); // 0000_0000_0000_0000_0000_0001_0000_0000
        sleep(1);
    }
    return 0;
}

实验任务二：点灯大师（基于库函数）使用PS端的MIO控制两个LED，实现LED闪烁的效果，闪烁间隔为1s（和实验一逻辑是一样）。

#include <stdio.h>
#include "xparameters.h"
#include "xgpiops.h"
#include "sleep.h"

#define GPIO_DEVICE_ID		XPAR_XGPIOPS_0_DEVICE_ID
#define MIO_LED0            7 //MIO 7
#define MIO_LED1            8 //MIO 7


XGpioPs Gpio;

int main(){
	XGpioPs_Config *ConfigPtr;
	printf("GPIO TEST SUCCESS!\n");
	//对GPIO进行初始化（两步）    /* Initialize the GPIO driver. */
	//第一步：根据器件ID去查找器件的配置信息
	ConfigPtr = XGpioPs_LookupConfig(GPIO_DEVICE_ID);
	//第二步：对GPIO的驱动进行初始化
	XGpioPs_CfgInitialize(&Gpio, ConfigPtr,ConfigPtr->BaseAddr);
	//设置引脚的方向，0为输入，1为输出
	XGpioPs_SetDirectionPin(&Gpio, MIO_LED0, 1);
	XGpioPs_SetDirectionPin(&Gpio, MIO_LED1, 1);
	//设置输出使能,1：使能输出，0：不使能输出
	XGpioPs_SetOutputEnablePin(&Gpio, MIO_LED0, 1);
	XGpioPs_SetOutputEnablePin(&Gpio, MIO_LED1, 1);
	while(1){
	//对引脚输出为高电平,点亮LED灯
	XGpioPs_WritePin(&Gpio, MIO_LED0, 0x1);
	sleep(1);
	//交替闪烁
	XGpioPs_WritePin(&Gpio, MIO_LED1, 0x1);
	sleep(1);
	//对引脚输出为低电平,熄灭LED灯   /* Set the GPIO output to be low. */
	XGpioPs_WritePin(&Gpio, MIO_LED0, 0x0);
	sleep(1);
	XGpioPs_WritePin(&Gpio, MIO_LED1, 0x0);
	sleep(1);
	}

	return 0;
}

上板验证：