ZYNQ EMIO重用封装实现算法板级验证

为了快速实现算法板级验证，PC端需要通过JTAG或以太网与FPGA形成通路。最简单便捷的方案是利用协议栈芯片，用户可以无视底层，利用简单的SPI协议读写寄存器实现复杂的TCP UDP等网络协议。当然带宽会受限于SPI接口有效速率，本文采用芯片为W5500，支持10M/100M自适应，其理论值高达80Mbps，基本达到算法验证的要求。

ZYNQ可以通过灵活的EMIO模拟SPI接口，从而在最少改动官方demo的前提下移植C语言驱动程序。本文着重讲述EMIO的C语言软件驱动方式及可重用封装，封装后可以接口方式被其他应用程序直接调用，非常方便。直接上代码，再加以说明。
/*
* EMIO_ope.c
*
*/

#include "xgpiops.h"
#include "xparameters.h"
#include "xstatus.h"
#include "W5500.h"
#include "EMIO_ope.h"

static XGpioPs psGpioInstancePtr;

int EMIO_init()
{
XGpioPs_Config* GpioConfigPtr;
int xStatus;

//--EMIO的初始化
GpioConfigPtr = XGpioPs_LookupConfig(GPIO_DEVICE_ID);
if(GpioConfigPtr == NULL)
return XST_FAILURE;

xStatus = XGpioPs_CfgInitialize(&psGpioInstancePtr,GpioConfigPtr, GpioConfigPtr->BaseAddr);
if(XST_SUCCESS != xStatus)
print(" PS GPIO INIT FAILED /n/r");

//--EMIO的输入输出操作
XGpioPs_SetDirectionPin(&psGpioInstancePtr, ETH_NRST_BASE,1);
XGpioPs_SetDirectionPin(&psGpioInstancePtr, USER_SPI_MOSI_BASE,1);
XGpioPs_SetDirectionPin(&psGpioInstancePtr, USER_SPI_CSN_BASE,1);
XGpioPs_SetDirectionPin(&psGpioInstancePtr, USER_SPI_SCLK_BASE,1);
XGpioPs_SetDirectionPin(&psGpioInstancePtr, USER_SPI_MISO_BASE,0);

//使能输出端口
XGpioPs_SetOutputEnablePin(&psGpioInstancePtr, ETH_NRST_BASE,1);
XGpioPs_SetOutputEnablePin(&psGpioInstancePtr, USER_SPI_MOSI_BASE,1);
XGpioPs_SetOutputEnablePin(&psGpioInstancePtr, USER_SPI_CSN_BASE,1);
XGpioPs_SetOutputEnablePin(&psGpioInstancePtr, USER_SPI_SCLK_BASE,1);

return xStatus;
}

void writePin(u32 pinNum,u32 value)
{
XGpioPs_WritePin(&psGpioInstancePtr, pinNum, value);
}

u32 readPin(u32 pinNum)
{
return XGpioPs_ReadPin(&psGpioInstancePtr,pinNum);
}

Xilinx封住的库函数有其固定的“套路”。首先查找设备配置，初始化。之后设置EMIO的方向，如果是输出方向还要使能输出。这里将上述预处理部分封装到EMIO_Init()函数中。之后再编写两个函数分别实现EMIO寄存器的读和写，也就是读取输入接口数据以及输出数值，两者内部均调用Xilinx官方提供的API函数。将实现细节隐藏最重要的步骤：将函数声明统一放置.h文件。
/*
* EMIO_ope.h
*
*/

#ifndef SRC_EMIO_OPE_H_
#define SRC_EMIO_OPE_H_

#define GPIO_DEVICE_ID XPAR_PS7_GPIO_0_DEVICE_ID

int EMIO_init();
void writePin(u32 pinNum,u32 value);
u32 readPin(u32 pinNum);

#endif /* SRC_EMIO_OPE_H_ */

此处总结下利用FPGA/SOC连接以太网从简单到难的设计方案是：协议栈芯片 --> LWIP开源库 --> 基于以太网MAC的网络协议逻辑设计--> 从上层网络协议到MAC全部用HDL描述。不同的方案适合不同的需求，能灵活在开发周期和性能 功耗等方面取舍，做到简单实用，应该是各个行业技术人员的所追求的终极目标。