Xilinx ZYNQ 7000+Vivado2015.2系列(六)创建一个基于AXI总线的GPIO IP并使用

FPGA+ARM是ZYNQ的特点,那么PL部分怎么和ARM通信呢,依靠的就是AXI总线。这个实验是创建一个基于AXI总线的GPIO IP,利用PL的资源来扩充GPIO资源。通过这个实验迅速入门开发基于总线的系统。

使用的板子是zc702。

AXI总线初识:

AXI (Advanced eXtensible Interface),由ARM公司提出的一种总线协议。总线是一组传输通道, 是各种逻辑器件构成的传输数据的通道, 一般由数据线、地址线、 控制线构成。 Xilinx从6系列的 FPGA 开始对 AXI 总线提供支持, 此时 AXI 已经发展到了 AXI4 这个版本, Vivado里都是基于AIX4的 IP。

ZYNQ支持三种AXI总线,拥有三种AXI接口,用的都是AXI协议:
AXI4:(For high-performance memory-mapped requirements)主要面向高性能地址映射通信的需求,是面向地址映射的接口,允许最大256轮的数据突发传输。
AXI4-Lite:(For simple, low-throughput memory-mapped communication)是一个轻量级的地址映射单次传输接口, 占用很少的逻辑单元。
AXI4-Stream:(For high-speed streaming data)面向高速流数据传输,去掉了地址项,允许无限制的数据突发传输。

数据在总线上是遵守协议定的规则来传输的,AXI信号传输先是传地址,然后检测READY+VALID,都为高电平时开始传数据,当主机发送最后一个数据时LAST信号拉高,通知从机传输结束。

在介绍读写如何进行前先介绍握手协议:

READY,VALID握手通信机制,主机产生 VLAID 信号来指明何时数据或控制信息有效。从机产生 READY 信号来指明已经准备好接受数据或控制信息。传输发生在 VALID和 READY 信号同时为高的时候。(还有一个LAST信号表示什么时候传到最后一个数据了)

读时序:地址线上发来地址,地址准备和地址有效都高时,开始发送要读的数据,读准备和读有效都高时数据被读取到,发最后一个数据时读LAST信号拉高。

写时序:地址线上发来地址,地址准备和地址有效都高时,开始发送要写的数据,写准备和写有效都高时数据写入,发最后一个数据时写LAST信号拉高。写数据多了一个反馈信号,反馈给主机,主机接收到这个信号,就知道写成功了。

这个协议可以暂时不去理清,知道大致信号关系,后面会通过观察波形进一步加深印象,这次实验的重点是学习通过编程操作寄存器完成读写!

第一步,创建AXI总线IP

新建一个工程,Tools-->Create and Pacakge IP-->选择Create AXI4 Peripheral

创建完以后(起个易理解的名字,放到能找到的路径下),有三项需要设置:接口类型,数据类型和寄存器数量

我们按默认这是就好,记住这里的设置:选择AXI_Lite总线,数据位宽是32位,也就是4字节,寄存器4个,实际我们用到的只有一个,但这里最低要求4个,没关系,多出的不用就是,待会我们就要通过操作寄存器完成对数据的读写。

然后选择Edit IP,

打开ip的工程后,先打开这个文件:

这个就是基于AXI_Lite总线协议的模块,可以看到我们设置的数据位宽和寄存器数量:


AXI总线向寄存器写数据:

AXI总线下读寄存器的数据:

接下来我们添加一个信号,将寄存器绑定到用户输出,用这个输出控制LED灯,这样可以通过观察LED的亮灭看有没有写入成功。


然后打开顶层文件:

将添加的信号加上去:


保存,Tools-->Create and Package IP:

overwrite原来的文件。

在IP自己创建的工程文件夹里,打包好的IP就是这个文件夹,可以将其拷贝放到任意地方:

至此,基于AXI_Lite总线的IP就完成了。可以将这个文件夹拷到你之前建的工程目录下,我是放在myip文件夹下。

第二步,使用基于AXI总线的IP

将我们自定义的IP添加到库里:

Create Block Design,命名为GPIO_AXI_LED,

添加zynq核,双击修改ddr信号,其他默认设置:

添加我们自己创建的IP,然后点击自动连接:

会自动出现互联模块和复位模块,互联模块主要是起管理主从设备的作用:

本来我们还应该添加逻辑分析仪观察AXI总线的各信号波形,但是为了先上手体验怎么开发基于AXI的系统,我们先略过,放在下一个实验中。

再点击Run Block Automatiom:

将LED信号也输出出来,右击GPIO_LED,Make External。

右击空白处,选择Regenerate layout,美化一下排版:

这样我们的系统就搭建成功了,下面就是一些例行操作:

检验一下我们的设计:

保存一下我们的设计:

右键bd文件,复位一下系统,Reset Output Products:

右键bd文件,Geberate Output Products,

右键bd文件,Create HDL Wrapper。

然后就是添加管脚约束,把GPIO_LED信号连接到LED灯上:

zc702的管教约束如下:

#GPIO PMOD1
set_property PACKAGE_PIN E15 [get_ports {GPIO_LED[7]}]
set_property IOSTANDARD LVCMOS25 [get_ports {GPIO_LED[7]}]
set_property PACKAGE_PIN D15 [get_ports {GPIO_LED[6]}]
set_property IOSTANDARD LVCMOS25 [get_ports {GPIO_LED[6]}]
set_property PACKAGE_PIN W17 [get_ports {GPIO_LED[5]}]
set_property IOSTANDARD LVCMOS25 [get_ports {GPIO_LED[5]}]
set_property PACKAGE_PIN W5 [get_ports {GPIO_LED[4]}]
set_property IOSTANDARD LVCMOS25 [get_ports {GPIO_LED[4]}]
#GPIO PMOD2
set_property PACKAGE_PIN V7 [get_ports {GPIO_LED[3]}]
set_property IOSTANDARD LVCMOS25 [get_ports {GPIO_LED[3]}]
set_property PACKAGE_PIN W10 [get_ports {GPIO_LED[2]}]
set_property IOSTANDARD LVCMOS25 [get_ports {GPIO_LED[2]}]
set_property PACKAGE_PIN P18 [get_ports {GPIO_LED[1]}]
set_property IOSTANDARD LVCMOS25 [get_ports {GPIO_LED[1]}]
set_property PACKAGE_PIN P17 [get_ports {GPIO_LED[0]}]
set_property IOSTANDARD LVCMOS25 [get_ports {GPIO_LED[0]}]

添加完先综合一下,看看连线有没有错误。综合完成生成比特流文件。
至此,大功告成,下面就到了本实现的重点,进入SDK写代码来读写寄存器!

将硬件系统信息和bit文件导入SDK:

然后Lanch SDK,新建一个空的工程:

在src文件下建一个c文件:

c大家都知道,用到什么函数要将这个函数所在的文件添加到头文件,这类先把头文件添加进去:

#include
#include "xparameters.h"
#include "xil_io.h"
#include "sleep.h"
#include "xil_types.h"

Xinlin提供的读函数是Xil_Out32((BaseAddr) + (u32)(RegOffset)),写函数是Xil_Out32((BaseAddr) + (u32)(RegOffset), (u32)(Data)),读写都是相对于Master而言的,读当然是In,写当然是Out了。

前面我们提到了,读写是对我们定义的寄存器操作,我们这里8个led灯,只要用到寄存器0的低8位就可以了。既然要操作寄存器,肯定要知道寄存器的地址,所有设备的地址都放在bsp文件下的include文件里的xparameters.h文件里,并且以宏定义,方便调用:

例如我们的自定义IP在这里,GPIO_Zhu,第一个是基地址,第二个是最高地址,:

寄存器0所在地址就是基地址,偏移量为0,因为我们定义的位宽是32位,4个字节,寄存器1所在地址就是基地址+4,依次类推。

这里我们让8个Led灯依次闪烁,1秒移动一次,并读取寄存器的数据打印到串口:
#include
#include "xparameters.h"
#include "xil_io.h"
#include "sleep.h"
#include "xil_types.h"

int main(){
u8 i=0;
u8 ledValue=0;
Xil_Out32(XPAR_GPIO_ZHU_V1_0_0_BASEADDR+0*4,0X00);
while(1){
for(i=0;i Xil_Out32(XPAR_GPIO_ZHU_V1_0_0_BASEADDR+0*4,1 ledValue=Xil_In32(XPAR_GPIO_ZHU_V1_0_0_BASEADDR+0*4);
xil_printf("ledValue=%x\r\n",ledValue); //打印到串口
sleep(1); //1s移动一次
}
i=0;
}
}

板子上电,连接好,以Debug方式运行:

下载好后,打开串口:


点击开始运行:

Led开始依次闪烁了!,并且在串口看到打印出的数据:

至此,实验成功,开启了我们ARM+FPGA开发之路!以后可以尝试开发更复杂的系统。

本文转载自: https://blog.csdn.net/u014485485/article/details/78735833

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