MIO/EMIO/AXI_GPIO接口详解

ZYNQ-7000系列MIO/EMIO/AXI_GPIO接口

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孟薇

2021-2-2 15:14:53

传统51单片机IO接口只可以作为标准双向IO接口，如果用其来驱动LED只能用灌电流的方式或是用三极管外扩驱动电路。
灌电流方式：LED正极接VCC，负极接IO口。IO为高电平是LED两极电平相同，没有电流，LED熄灭；IO为低电平时，电流从VCC流入IO，LED点亮。但是当你吧LED正极接在IO接口，负极接GND时，将IO接口置于高电平，LED会亮，但因为IO接口上拉能力不足而使亮度不理想，可以用下面介绍的方式解决这个问题。
PS部分框图如上图所示，PS 和外部接口之间的通信主要是通过复用的输入 / 输出（ Multiplexed Input/Output，MIO）实现的，它提供了可以做灵活配置的 54 个引脚，这表明外部设备和引脚之间的映射是可以按需定义的。这样的连接也可以通过扩展 MIO （ExtendedMIO，EMIO）来实现，EMIO 并不是 PS 和外部连接之间的直接通路，而是通过共用了PL 的 I/O 资源来实现的。这些都出现在上图的左侧。当需要扩展超过 54 个引脚的时候可以用 EMIO，而当 PL 中实现了一个 IP 包的时候，这也是 PS 和 PL 中的IP 包接口的一种方法。
可用的 I/O 包括标准通信接口和通用输入 / 输出（General Purpose Input/Output，GPIO），GPIO 可以用做各种用途，包括简单的按钮、开关和 LED。
在ZYNQ7000系列PS中除了上面提到的MIO和EMIO之外，还包括AXI_GPIO。

这三者关系如下：
其中MIO和EMIO是直接挂在PS上的GPIO。而AXI_GPIO是通过AXI总线挂在PS上的GPIO上。
我们先看一下MIO和EMIO：下图EMIO和MIO的结构。其中MIO分布在BANK0，BANK1，而EMIO则分布在BANK2、BANK3。

注意一下几项：
首先、MIO在zynq上的管脚是固定的，而EMIO，是通过PL部分扩展的，所以使用EMIO时候需要在约束文件中分配管脚，所以设计EMIO的程序时，需要生成PL部分的bit文件，烧写到FPGA中。
其次、由下图可以看出MIO共占54bit，而EMIO占64bit。其中MIO占用IO号为0-53。而EMIO占用IO号为54-117。

再者、无论是EMIO还是MIO都属于PS上的IO，直接由PS操作。在调用头文件，只调用#include “xgpiops.h”即可，而在调用AXI_GPIO时，则需要#include “xgpio.h”。
关于EMIO：
从 PS 出来，有几种连接可以经由 PL 到外部接口上，这被称作扩展的 MIO （Extended MIO），即 EMIO。
EMIO 涉及到两个域之间的信号传输，是由一组简单的导线连接实现的，因此，EMIO 并不支持所有的 MIO 接口，而支持的那些中，也有些的能力受到了限制。这些连接被安排成两个 32 位的组。
很多情况下，经由 EMIO 的接口是直接连接到所需的 PL 的外部引脚上的，这个连接是由一个约束（描述）文件中的条目所指定的。在这个模式下，EMIO 可以实现额外的 64 个输入线和 64 个带有输出始能的输出线。另一个选择是用 EMIO 来连接PS 和 PL 里的外设模块。下图描绘了这两种使用模式：