GPIO 原理#
GPIO 通过 MIO 提供 54 路接口，其中 16 路位于 bank 500，剩余位于 bank 501。还通过 EMIO 接口提供从 PL 来的 64 路输入和 128 路输出。GPIO 控制和状态寄存器内存映射在基址 $0xE000_A000$。
ZYNQ 的 GPIO 引脚分为 4 个 bank，共有 118 个 GPIO。
GPIO 内部结构#
从图中可以看到 GPIO 有三个功能：输入、输出、中断。
其中 MIO 7 和 9 只能做输出。
一组寄存器只能控制一个 GPIO bank 的所有引脚。
器件引脚的 GPIO 控制#
输入 / 输出寄存器#
| 寄存器名称 | 说明 |
|---|---|
| DATA_RO | GPIO 引脚的值存储在此寄存器中，无论 GPIO 被配置为输入或输出，都可以通过读此寄存器得到 GPIO 引脚的值。 因为是只读寄存器（对软件来说），软件向此寄存器的写入操作将被忽略。 |
| DATA | 输出数据寄存器，当 GPIO 被配置为输出才起作用，此寄存器中的值就是输出到引脚的值。 向此寄存器写入就是在设置 GPIO 的输出值， 读此寄存器将返回 GPIO 前一时刻的输出值，而不是现在的值。 |
| MASK_DATA_LSW | Mask Data Least Significant Words，输出数据低 16 位掩码寄存器，此寄存器只有低 16 位有效， 对应位为 1 表示 DATA 寄存器低 16 位中对应位的值可以更改， 若不为 1，则表示 DATA 寄存器低 16 位中对应位保持原值 |
| MASK_DATA_MSW | Mask Data Most Significant Words，输出数据高 16 位掩码寄存器， 功能同 MASK_DATA_LSW，只是它对应 DATA 寄存器高 16 位 |
| DIRM | Direction Memory，方向寄存器，默认为 0 表示输入，设为 1 表示输出 注意，即使 DIRM 为 1，软件也可以像输入一样去读此引脚的电平 |
| OEN | Output Enable，输出使能寄存器， 仅当 DIRM 为 0 时有效，为 1 表示输出使能， 为 0 表示输出不使能，此时对应引脚上的值为三态值 |
中断控制寄存器#
| 寄存器名称 | 说明 |
|---|---|
| INT_TYPE | Interrupt Type 中断类型寄存器， 控制 GPIO 中断是电平触发还是边缘触发 |
| INT_POLARITY | Interrupt Polarity 中断极性寄存器 控制 GPIO 中断是低电平 / 下降沿有效，还是高电平 / 上升沿有效 |
| INT_ANY | Interrupt Any，双边沿寄存器， 仅当 INT_TYPE 为边沿触发时，此寄存器才有效，控制是否双沿均可触发中断 |
| INT_STAT | Interrupt State，中断状态寄存器， 此寄存器的值会被与之相连的 INT State D 触发器读取 D 触发器存储中断状态，软件通过读此 D 触发器输出来判断中断是否发生， 清除此 D 触发器来清除中断状态 |
| INT_MASK | Interrupt Mask，中断掩码寄存器， 显示当前哪些位被屏蔽，哪些位启用 |
| INT_DIS | Interrupt Disable，中断失效寄存器， 向该寄存器的任何位写入 1 都会屏蔽该中断信号。 从该寄存器读取会返回不可预测的值 |
| INT_EN | Interrupt Enable，中断使能寄存器 向该寄存器的任何位写入 1，可以启用 / 解除中断信号的掩码。 从该寄存器读取将返回一个不不可预测的值 |
GPIO 的中断号为 ==52==，中断优先级是固定的，无需配置 GPIO 的中断优先级。GPIO 所有引脚共享同一个中断，即使能两个引脚的中断的话，软件无法判断中断来自哪个引脚。
EMIO 和 MIO#
MIO，Multiuse I/O，复用输入 / 输出，对应 PS 端的可配置的多功能引脚。
EMIO，Extent MIO，对应 PL 端的可配置多功能引脚。
MIO 是外设的基本引脚，由于 MIO 的引脚数量较少，ZYNQ 也提供 EMIO 接口作为 MIO 的扩展，外设通过 EMIO 接口连接到 PL 端的引脚，来实现和 MIO 几乎相同的功能。
MIO 和 EMIO 的不同点如下：
- MIO 对于 PL 端是透明的，PL 无法读取 MIO 引脚上的电平；PS 端可以通过 EMIO 与 PL 端通信。
- 外设与 MIO 是固定搭配的，初始化时要根据开发板原理图来选择引脚约束。EMIO 相对灵活，引脚可以任意指定，通过 xdc 文件约束指定到 PL 端的某个引脚。
- 因为 MIO 引脚更靠近外围电路，相较于 EMIO，一些外设使用 MIO 的性能更好，还有一些外设只能使用 MIO。
MIO bank 和封装的 bank 的区别与联系#
MIO 分为 Bank 0 和 Bank 1，Bank 0 是封装 Bank 500 中的部分引脚，Bank 1 是封装的 bank 501 的部分引脚。
Bank 0 包含 MIO 0~15 共 16 个 MIO，bank 1 包括 MIO 16~53 共 38 个 MIO，总共有 54 个 MIO。EMIO 一共有 64 个。
