PYNQ學(xué)習(xí)案例——Zynq中斷應(yīng)用及編程思路

作者：Mculover666

在實(shí)際玩Zynq中斷之前，先扯一扯中斷這個(gè)神奇的東西~

實(shí)時(shí)性是一個(gè)嵌入式系統(tǒng)很重要的性能，實(shí)時(shí)性體現(xiàn)在一個(gè)系統(tǒng)對(duì)外部事件的響應(yīng)能力和處理能力上，而CPU對(duì)一個(gè)事件的響應(yīng)及處理主要依托于 —— 中斷。

通俗的來(lái)說(shuō)，中斷的一個(gè)基本過(guò)程就是：當(dāng)一個(gè)事件發(fā)生時(shí)（比如按鍵按下），產(chǎn)生一個(gè)可以發(fā)送到CPU的中斷信號(hào)（上升沿或下降沿?zé)o所謂，是個(gè)信號(hào)就行），當(dāng)CPU接收到這個(gè)中斷信號(hào)后，對(duì)這個(gè)中斷信號(hào)所表示的事件進(jìn)行處理（跳轉(zhuǎn)去執(zhí)行中斷服務(wù)程序，對(duì)按鍵按下這個(gè)事件進(jìn)行處理）。

對(duì)這個(gè)基本過(guò)程抽象出來(lái)一個(gè)中斷系統(tǒng)模型如圖所示：

在上圖中只是一個(gè)中斷信號(hào)，那么當(dāng)這個(gè)系統(tǒng)中存在很多中斷信號(hào)時(shí)，群龍無(wú)首，整個(gè)系統(tǒng)就會(huì)亂套，CPU會(huì)像一只無(wú)頭蒼蠅一樣到處去執(zhí)行中斷服務(wù)程序，結(jié)果可想而知，最后CPU肯定什么也干不了~

為了解決這個(gè)問(wèn)題，需要派一個(gè)領(lǐng)導(dǎo)去管理這些各種各樣的中斷，這個(gè)管理者就是 —— 中斷管理單元！所以，它只有一個(gè)功能 —— 管理這些中斷信號(hào)！比如使能與失能 —— 讓哪個(gè)中斷信號(hào)通過(guò)或者讓哪些信號(hào)不通過(guò)；“優(yōu)先級(jí)” —— 誰(shuí)先通過(guò)誰(shuí)后通過(guò)，改進(jìn)模型如下圖：

這樣一來(lái)，CPU永遠(yuǎn)只能接收到一個(gè)中斷信號(hào)，所以CPU可以很舒服的去做他該做的事情了~

總結(jié)一下中斷的編程思路：

配置外設(shè)可以產(chǎn)生中斷信號(hào)

配置中斷管理單元，使能信號(hào)通過(guò)，( 配置信號(hào)優(yōu)先級(jí) )

配置中斷服務(wù)程序 ，確保CPU接收到中斷信號(hào)可以及時(shí)處理

接下來(lái)依托這個(gè)抽象的中斷模型玩一玩Zynq的中斷，具體化這個(gè)模型~

1.實(shí)驗(yàn)?zāi)康?br /> 探索Zynq中PL->PS的中斷，按下按鍵產(chǎn)生一個(gè)中斷，這個(gè)中斷被通用中斷管理單元所處理，然后傳遞給Zynq PS，將變量值遞增然后將值顯示在led上。

2.實(shí)驗(yàn)步驟
2.1.新建基于Pynq-Z2的工程
2.2.創(chuàng)建硬件塊設(shè)計(jì)
2.2.1.添加所用ip并自動(dòng)連線
添加兩個(gè)AXI_GPIOip核，一個(gè)連接板載4個(gè)按鈕，一個(gè)連接板載4個(gè)led

2.2.2.配置AXI_GPIO使能中斷
這里因?yàn)?個(gè)按鍵是連接在axi_gpio_0上的，所以雙擊axi_gpio_0 ip核進(jìn)行配置，如圖，選擇使能中斷：

可以看到與未配置中斷的axi_gpio_1有區(qū)別：

2.2.2.配置Zynq PS系統(tǒng)接收中斷請(qǐng)求
在配置之前需要對(duì)Zynq中的中斷信號(hào)有個(gè)大致的了解，其中PS和PL之間的中斷信號(hào)如表所示：

根據(jù)上圖，雙擊zynq ip核進(jìn)行配置，因?yàn)檫@里需要接收的按鍵中斷是從PL端到PS端的，首先選中Fabric Interrupts中斷組織，然后選中IRQ_F2P[15:0]，使能16-bit的PL->PS共享中斷端口，以便于來(lái)自PL端的中斷可以連接到PS的中斷控制器上：

2.2.3.連接AXI_GPIO的中斷請(qǐng)求和PS的中斷端口
手動(dòng)進(jìn)行連線：

2.3.驗(yàn)證設(shè)計(jì)，創(chuàng)建HDL文件，生成Bitstream，導(dǎo)出硬件設(shè)計(jì)文件
至此，中斷信號(hào)的硬件數(shù)據(jù)通路構(gòu)建完成，接下來(lái)是軟件中配置中斷管理單元和中斷服務(wù)程序。

2.4.過(guò)渡到SDK上的軟件設(shè)計(jì)
2.4.1.Launch SDK

2.4.2.新建一個(gè)空的應(yīng)用工程

2.4.3.導(dǎo)入已有C文件
因?yàn)樵趯?shí)際項(xiàng)目中需要分工協(xié)作，所以這里選擇導(dǎo)入隨書附帶的C文件：

2.4.4.配置運(yùn)行設(shè)置，板級(jí)驗(yàn)證

運(yùn)行即可觀察到現(xiàn)象。

2.添加定時(shí)器中斷
2.1.實(shí)驗(yàn)?zāi)康?br /> 在已有一個(gè)按鍵中斷的基礎(chǔ)上，添加一個(gè)定時(shí)器中斷，掌握添加多個(gè)中斷到PS的方法。

2.2.實(shí)驗(yàn)步驟
2.2.1.添加AXI Timer IP核并自動(dòng)連線
添加時(shí)搜索"timer",選擇AXI Timer添加，然后點(diǎn)擊自動(dòng)連線，結(jié)果如圖：

2.2.2.連接AXI Timer的中斷到PS端
因?yàn)镻S端的共享中斷接口已經(jīng)連接了一個(gè)AXI GPIO中斷，所以如果要繼續(xù)連接一個(gè)中斷信號(hào)，要通過(guò)一個(gè)另外的ip核 —— Concat，在添加ip核時(shí)搜索添加，如圖所示，將之前AXI GPIO 到ps的中斷斷開，然后將concat的dout信號(hào)連至PS端的IRQ_F2P[0:0]，然后將AXI GPIO的中斷信號(hào)連接至In0，將定時(shí)器的中斷信號(hào)連接至In1，這樣就完成了多個(gè)中斷信號(hào)的共享。

生成Bitstream，導(dǎo)出硬件文件

編輯：hfy