ZYNQ常用外設(shè)設(shè)計：malloc與memcpy的使用方法

作者：Wilson Qiu，Xilinx工程師

ZYNQ對Memory的操作

參考工程見“ZYBO_Memory_GPIO_Interrupt_demo.xpr”。

ZYNQ有專用的DDR Controller接口，如果外部硬件連接了DDR器件，于是在ZYNQ Processing System中正確配置了相應(yīng)的信號和參數(shù)后，DDR就可以成為ZYNQ的內(nèi)存，在SDK中可以直接使用memcpy、memset以及類似的函數(shù)對于Memory空間進(jìn)行操作。

Step1：查看ZYBO的原理圖，找到相應(yīng)的配置。ZYBO原理圖中與DDR相關(guān)的部分如圖 49所示。

圖 49

于是得到兩個信息，第一個所使用的芯片是MT41J128M16JT-125，第二個是兩片DDR3顆粒是通過位拼接完成的，也就是數(shù)據(jù)位寬為32bit。

Step2：在Block Design中對DDR部分的參數(shù)進(jìn)行配置。

圖 50

Step3：完成Block Design設(shè)計，產(chǎn)生Bitstream，導(dǎo)入SDK。

圖 51

Step4：在SDK中編寫Memory測試代碼。

#include 
#include 
#include "platform.h"
#include "xil_printf.h"
#include "xil_types.h"
#include "xil_io.h"
int main()
{
    u32 test_src[100];
    int i;
    int readback;
 
    init_platform();
    u32 *result = (u32*) malloc(sizeof(u32) * 100);
 
    if (result) {
       memset(result, 0, sizeof(u32) * 100);
    } else {
       return 0;
    }
 
    for(i=0;i<99;i++)
    {
       test_src[i]=i;
    }
 
   memcpy(result,test_src,100 * sizeof(u32));
 
    for(i=0;i<100;i++)
    {
       readback = Xil_In32(result+i);

其中特別需要學(xué)習(xí)的就是malloc與memcpy的使用方法。

ZYNQ中MIO/EMIO GPIO的使用

參考工程見“ZYBO_Memory_GPIO_Interrupt_demo.xpr”。

MIO是PS端的外部引腳，共有54個；EMIO是PL端的外部引腳，共有64個。ZYNQ支持通過配置將PS的控制器信號通過EMIO輸出，例如PS自帶的UART Controller，如果正常選擇引腳只能選擇MIO引腳輸出，但是通過設(shè)置可以選擇連接到EMIO引腳。同時EMIO引腳也可以作為PS端的擴(kuò)展引腳，即經(jīng)過擴(kuò)展PS一共可以控制118個引腳。

該例程演示將4個EMIO設(shè)置為PS的擴(kuò)展引腳，這4個EMIO連接著LED。于是，與“將用戶邏輯設(shè)計封裝成IP”中的實驗相比，同樣是控制外部4個LED，就不需要另外設(shè)計一個邏輯模塊，并封裝成IP作為PS的外設(shè)了，可以直接通過SDK的程序進(jìn)行控制。

注意：

1. 用于擴(kuò)展GPIO的EMIO和用于擴(kuò)展外設(shè)的EMIO是完全獨立的，GPIO的EMIO共有64個，由2個bank組成，如圖 52所示。

圖 52

2. EMIO的內(nèi)部排序按照EMIO54、EMIO55... ... EMIO117，以此類推。有了EMIO的編號之后就與內(nèi)部控制EMIO的寄存器一一對應(yīng)；而EMIO在外部與外部引腳的對應(yīng)關(guān)系又是可以通過管腳約束進(jìn)行更改的。于是可以得出：不能通過EMIO的外部引腳的關(guān)系確定其內(nèi)部寄存器的地址。工具對于EMIO GPIO的連接關(guān)系是按照從EMIO54開始依次向上排列。

Step1：在Block Design中加入ZYNQ7 Processing System，在ZYNQ7 Processing System配置中添加EMIO GPIO，如圖 53所示。通過設(shè)置EMIO GPIO Width來選擇擴(kuò)展EMIO GPIO的個數(shù)，此時就完成了與內(nèi)部寄存器之間的對應(yīng)關(guān)系，規(guī)則就是從EMIO54開始向上排列。

圖 53

Step2：將ZYNQ的EMIO連接到外部引腳。右擊生成的GPIO信號，點擊Make External。

圖 54

Step3：約束EMIO與外部引腳Pad的對應(yīng)關(guān)系以及EMIO的電平標(biāo)準(zhǔn)。

方法有兩種：

第一種是通過XDC約束文件進(jìn)行約束，需要先將Block Design生成HDL Wrapper，這樣才能知道其引腳名稱。

圖 55

第二種方法就是Open Elaborated Design，在GUI中設(shè)置電平和引腳。

圖 56

Step4：完成Block Design的綜合、實現(xiàn)、生成Bitstream并導(dǎo)入SDK。

Step5：SDK中完成代碼的編寫，EMIO的代碼編寫需要包含的庫文件是"xgpiops.h"。

#include "xgpiops.h"
static XGpioPs emio;
#define EMIO_54   54
#define EMIO_55   55
#define EMIO_56   56
#define EMIO_57   57

int main()
{
    //定義GPIOPS型指針，用于初始化時綁定硬件
    XGpioPs_Config *ConfigPtrPS;
    init_platform();
    //初始化GPIOPS，將ConfigPtrPS與硬件綁定
    ConfigPtrPS = XGpioPs_LookupConfig(0);
       XGpioPs_CfgInitialize(&emio, ConfigPtrPS,
                     ConfigPtrPS- > BaseAddr);
       //設(shè)置EMIO的方向，并使能EMIO
        XGpioPs_SetDirectionPin(&emio, EMIO_54, 1);
        XGpioPs_SetOutputEnablePin(&emio, EMIO_54, 1);
        XGpioPs_SetDirectionPin(&emio, EMIO_55, 1);
        XGpioPs_SetOutputEnablePin(&emio, EMIO_55, 1);
        XGpioPs_SetDirectionPin(&emio, EMIO_56, 1);
        XGpioPs_SetOutputEnablePin(&emio, EMIO_56, 1);
        XGpioPs_SetDirectionPin(&emio, EMIO_57, 1);
        XGpioPs_SetOutputEnablePin(&emio, EMIO_57, 1);
 
      while(1)
      {
       // 向EMIO寫入數(shù)據(jù)，即驅(qū)動EMIO引腳
      XGpioPs_WritePin(&emio, EMIO_54, 0x0);
      XGpioPs_WritePin(&emio, EMIO_55, 0x0);
      XGpioPs_WritePin(&emio, EMIO_56, 0x0);
      XGpioPs_WritePin(&emio, EMIO_57, 0x0);
       usleep(200000);
      XGpioPs_WritePin(&emio, EMIO_54, 0x1);
      XGpioPs_WritePin(&emio, EMIO_55, 0x1);
      XGpioPs_WritePin(&emio, EMIO_56, 0x1);
      XGpioPs_WritePin(&emio, EMIO_57, 0x1);
       usleep(200000);
      }

    cleanup_platform();
    return 0;
}

Step6：如果需要將EMIO作為輸入端口，只需要將IO的方向設(shè)置為input。對于IO，作為輸出的時候需要Enable，但是作為輸入是永遠(yuǎn)使能的，不需要額外的Enable。具體代碼如圖 57所示。

圖 57

補(bǔ)充說明：

MIO和EMIO都屬于PS的GPIO，用于指示的變量類型為XGpioPs；而使用AXI_GPIO外設(shè)的GPIO，由于是屬于PL的，所以指示這些IO的變量類型為XGpio。

MIO和EMIO的控制對于SDK是完全相同的，其地址偏移量也是排在一起的，MIO從0排到53，EMIO接著從54開始。示例代碼中顯示的是EMIO作為輸出和MIO作為輸入，只需要將引腳編號的宏定義改為需要的MIO或者EMIO編號即可使用。

在硬件配置時MIO的配置方法與EMIO有所不同，EMIO的配置如圖 53所示。而MIO由于不像EMIO，外部管腳是確定的，所以可以在ZYNQ7 Processing System配置時同時完成屬性以及電平的設(shè)置，如圖 58所示。

圖 58

ZYNQ中Interrupt使用

參考工程見“ZYBO_Memory_GPIO_Interrupt_demo.xpr”。

ZYNQ中的中斷管理是通過Generic Interrupt Controller（GIC）完成的。

任何的中斷功能都需要兩步，第一步是配置相應(yīng)的中斷，第二步是設(shè)置中斷觸發(fā)之后的服務(wù)函數(shù)。

配置相應(yīng)中斷分以下幾個步驟：

1. 使能相應(yīng)的功能，例如GPIO中斷需要首先使能和配置GPIO；Timer中斷需要首先使能和配置Timer；

圖 59

2. 初始化并配置使能GIC，還要使能異常處理。第1步中的操作對于每個中斷源來說都不相同，但是這一步的配置對于不同中斷源而言是類似的。不同之處在于有一個參數(shù)：中斷ID，即例子中的52是變化的，52是GPIO的中斷號，其他中端需要使用不同的ID。該值可以在UG585中斷的相關(guān)章節(jié)查詢到，如圖 61所示。

另一個區(qū)別就是XScuGic_Connect時的服務(wù)子函數(shù)不同。

圖 60

圖 61

3. 編寫中斷服務(wù)函數(shù)，需要注意的是進(jìn)入服務(wù)函數(shù)后首先需要禁止中斷，保證在處理中斷時不會再次因觸發(fā)中斷而程序跳轉(zhuǎn)；另外就是需要清除中斷標(biāo)志位，否則會不斷觸發(fā)中斷。

圖 62

源代碼見附件。

ZYNQ CPU內(nèi)部任何有定時器，在Vivado的ZYNQ配置中無需任何操作就可以在SDK中直接使用。與GPIO中斷類似，Timer的中斷也包含相同的幾步操作，下面給出各個階段的代碼片段，完整代碼見附件。

1. 初始化Timer。

圖 63

2. 初始化GIC，設(shè)置中斷服務(wù)函數(shù)入口。

圖 64

3. 配置Timer工作模式，導(dǎo)入計數(shù)初值，使能中斷。

圖 65

4. 編寫中斷服務(wù)函數(shù)，進(jìn)入中斷后首先Disable中斷，清楚中斷標(biāo)志位；然后進(jìn)行中斷處理；退出中斷服務(wù)函數(shù)前重新使能中斷。

圖 66

Appendix 1: 配套工程

編輯：hfy