PYNQ学习案例——Zynq中断应用及编程思路

作者：Mculover666

在实际玩Zynq中断之前，先扯一扯中断这个神奇的东西~

实时性是一个嵌入式系统很重要的性能，实时性体现在一个系统对外部事件的响应能力和处理能力上，而CPU对一个事件的响应及处理主要依托于 —— 中断。

通俗的来说，中断的一个基本过程就是：当一个事件发生时（比如按键按下），产生一个可以发送到CPU的中断信号（上升沿或下降沿无所谓，是个信号就行），当CPU接收到这个中断信号后，对这个中断信号所表示的事件进行处理（跳转去执行中断服务程序，对按键按下这个事件进行处理）。

对这个基本过程抽象出来一个中断系统模型如图所示：

在上图中只是一个中断信号，那么当这个系统中存在很多中断信号时，群龙无首，整个系统就会乱套，CPU会像一只无头苍蝇一样到处去执行中断服务程序，结果可想而知，最后CPU肯定什么也干不了~

为了解决这个问题，需要派一个领导去管理这些各种各样的中断，这个管理者就是 —— 中断管理单元！所以，它只有一个功能 —— 管理这些中断信号！比如使能与失能 —— 让哪个中断信号通过或者让哪些信号不通过；“优先级” —— 谁先通过谁后通过，改进模型如下图：

这样一来，CPU永远只能接收到一个中断信号，所以CPU可以很舒服的去做他该做的事情了~

总结一下中断的编程思路：

配置外设可以产生中断信号

配置中断管理单元，使能信号通过，( 配置信号优先级 )

配置中断服务程序 ，确保CPU接收到中断信号可以及时处理

接下来依托这个抽象的中断模型玩一玩Zynq的中断，具体化这个模型~

1.实验目的
探索Zynq中PL->PS的中断，按下按键产生一个中断，这个中断被通用中断管理单元所处理，然后传递给Zynq PS，将变量值递增然后将值显示在led上。

2.实验步骤
2.1.新建基于Pynq-Z2的工程
2.2.创建硬件块设计
2.2.1.添加所用ip并自动连线
添加两个AXI_GPIOip核，一个连接板载4个按钮，一个连接板载4个led

2.2.2.配置AXI_GPIO使能中断
这里因为4个按键是连接在axi_gpio_0上的，所以双击axi_gpio_0 ip核进行配置，如图，选择使能中断：

可以看到与未配置中断的axi_gpio_1有区别：

2.2.2.配置Zynq PS系统接收中断请求
在配置之前需要对Zynq中的中断信号有个大致的了解，其中PS和PL之间的中断信号如表所示：

根据上图，双击zynq ip核进行配置，因为这里需要接收的按键中断是从PL端到PS端的，首先选中Fabric Interrupts中断组织，然后选中IRQ_F2P[15:0]，使能16-bit的PL->PS共享中断端口，以便于来自PL端的中断可以连接到PS的中断控制器上：

2.2.3.连接AXI_GPIO的中断请求和PS的中断端口
手动进行连线：

2.3.验证设计，创建HDL文件，生成Bitstream，导出硬件设计文件
至此，中断信号的硬件数据通路构建完成，接下来是软件中配置中断管理单元和中断服务程序。

2.4.过渡到SDK上的软件设计
2.4.1.Launch SDK

2.4.2.新建一个空的应用工程

2.4.3.导入已有C文件
因为在实际项目中需要分工协作，所以这里选择导入随书附带的C文件：

2.4.4.配置运行设置，板级验证

运行即可观察到现象。

2.添加定时器中断
2.1.实验目的
在已有一个按键中断的基础上，添加一个定时器中断，掌握添加多个中断到PS的方法。

2.2.实验步骤
2.2.1.添加AXI Timer IP核并自动连线
添加时搜索"timer",选择AXI Timer添加，然后点击自动连线，结果如图：

2.2.2.连接AXI Timer的中断到PS端
因为PS端的共享中断接口已经连接了一个AXI GPIO中断，所以如果要继续连接一个中断信号，要通过一个另外的ip核 —— Concat，在添加ip核时搜索添加，如图所示，将之前AXI GPIO 到ps的中断断开，然后将concat的dout信号连至PS端的IRQ_F2P[0:0]，然后将AXI GPIO的中断信号连接至In0，将定时器的中断信号连接至In1，这样就完成了多个中断信号的共享。

生成Bitstream，导出硬件文件

编辑：hfy