ZedBoard學習手記（二）開發自定義AXI總線外設IP核

想要發揮ZYNQ芯片的特長，讓整個系統協同工作起來，就需要將PS與PL兩部分結合在一起，在Cortex-A9核和FPGA邏輯資源之間建立通信的通道，這條通道就是AXI總線。ZedBoard推出的官方例子中已經介紹了如何將Xilinx做好的AXI總線IP（如AXI_Timer、AXI_GPIO等）添加到工程中，而下面就讓我們一起來自己編寫一個簡單的AXI總線設備——讀取板上的8個Swtich狀態，并控制8個LED的開關。有人會問我不了解AXI總線啊怎么辦，無須擔心，Xilinx已經為我們設計了建立向導，可以自動生成一個設備模板，即使不了解AXI協議，也可以輕松完成設計工作。首先通過PlanAhead建立一個系統工程，導入ZedBoard的xml文件：zedboard_RevC_v2.xml。這步操作還不清楚的童鞋請在ZedBoard官網上下載ZedBoard_CTT_v14.1資料并跟隨該文檔進行掃盲。這個資料很詳細，也是Step By Step的，可以幫助完成基本的操作學習。工程建好后，進入XPS界面，選擇Hardware→Create or Import Peripheral，開始創建外設。（看不清圖的話可以點擊小圖放大，下同）

?在彈出的窗口中選擇新建模板，建立一個外設。

?Next后選擇集成到XPS系統中，這樣新建的外設就會保存在edk目錄下的pcores文件夾中。

?接著Next，為自己的IP起個名字，這里叫my_gpio，全稱就是my_gpio_v1_00_a了，注意這里的名字不能用大寫字母。

?之后選擇總線的類型，可以看出這里提供了幾個AXI總線設備的變種形勢，可以使設備具備猝發操作及大量數據傳輸的能力，這里我們選AXI4-Lite形式，也就是最簡單的類型。

?下一步進行幾個可選項配置，包括軟件復位、主從模式等，勾選中間兩項即可，雖然現在用不到軟件復位。

?設置寄存器數量，這里我們設置兩個32位寄存器（實際使用低8位，其它部分Not Care），一個用來控制LED，另一個用來讀取SW狀態。

?選擇需要的IP連接信號，這些是與用戶邏輯對接的信號，保持默認即可。

?這一步可以建立一個總線上的仿真設備，不需要，直接Next。

?來到另一個配置畫面，第一個選項是使用Verilog來設計用戶邏輯；第二個選項建立一個ISE的工程文件，方面寫代碼；第三個選項讓XPS自動生成底層的控制代碼。

?設置結束以后，在XPS的工程目錄下就能找到IP的文件夾了，兔子這里的路徑是” .\Hello_Zed.srcs\sources_1\edk\module_1\pcores\my_gpio_v1_00_a”。里面有三個文件夾，hdl文件夾包含了user_logic.v和my_gpio.vhd。前者就是我們要修改的用戶邏輯文件，后者則是用來連接AXI與用戶邏輯，并封裝IP核的VHDL文件。這個文件只能是VHDL的，所以像兔子這樣只會Verilog的就很苦悶了，還好里面的內容很簡單，看一下就能明白。在devl\projnav文件夾下可以找到剛生成的ISE工程，用Project Navigator打開my_gpio.xise，這樣就可以開始編輯user_logic了。

?user_logic中除了一些定義和信號連接以外，就是兩個always塊，第一個實現AXI總線向用戶寄存器寫入數據，第二個則是總線從寄存器中讀取數據。需要注意的是，這里的AXI總線已經通過Xilinx的AXI Lite IP Interface進行了中轉，到用戶這里就變成了非常簡單的讀寫邏輯。為了控制板上的硬件，我們定義兩組信號和相應的寄存器：SW_In信號連接8個Switch，LED_Out連接8個LED。input?[7:0]? SW_In;output?[7:0] LED_Out;?在這里，規定寄存器0為Swtich狀態寄存器，寄存器1為LED控制寄存器。添加一個always塊，使寫入寄存器1的數據在LED_Out上更新。?????always?@(?posedge?Bus2IP_Clk )????begin???????if?( Bus2IP_Resetn == 1'b0 )????????begin????????? LED_Out <= 0;????????end??????else?begin?????????????????? LED_Out[7:0] <= slv_reg1[7:0];????????????????????????????end????end?// LED_OUTPUT_PROC?同時添加邏輯讓Switch的狀態通過簡單的同步（不是去抖啊）寫入寄存器0。? // implement slave model register read mux??always?@( slv_reg_read_sel or slv_reg0 or slv_reg1 )????begin???????case?( slv_reg_read_sel )??????? 2'b10 : slv_ip2bus_data <= slv_reg0;??????? 2'b01 : slv_ip2bus_data <= slv_reg1;??????? default : slv_ip2bus_data <= 0;??????endcase?????end?// SLAVE_REG_READ_PROC???always?@(?posedge?Bus2IP_Clk )????begin???????if?( Bus2IP_Resetn == 1'b0 )????????begin????????? SW_Reg0 <= 0;????????? SW_Reg1 <= 0;?????????????????? ?slv_reg0 <= 0;????????end??????else?begin?????????????????? SW_Reg0 <= SW_In;?????????????????? SW_Reg1 <= SW_Reg0;??????????? ?????? slv_reg0[7:0] <= SW_Reg1[7:0];???????????????????????????end????end?// SWTICH_INPUT_PROC?之后還要修改讀寫邏輯，將case ( slv_reg_write_sel )下的2'b10項注釋掉，令寄存器0只讀（對寫入的數據Not Care），寄存器1則可以讀寫。如此，我們的用戶邏輯就完成了，簡單吧。別忘了還要在my_gpio.vhd中為用戶邏輯添加端口，兩組信號在整個IP的對外接口中分別命名為GPIO_LED_Out和GPIO_SW_In。

?具體的代碼內容在此：?my_gpio_hdl.rar?雙擊Synthesize，檢查一下有沒有問題，沒問題的話就可以關掉Project Navigatorl?。

?回到XPS界面，我們的自定義IP已經在列表中了，但是這個時候將IP添加到工程中，剛才進行的編輯并不生效，GPIO端口并沒有顯示在IP核的框圖中，這點兔子沒有搞明白是為什么，可能要手動修改MPD文件吧。于是我選擇將這個IP再添加一次（不得已而為之，有什么好辦法望不吝賜教），還是剛才的方法，只不過這回選擇導入已有的外設，這種方法也可以用于導入其他已有的IP核。