GPIO 原理#
GPIO 透過 MIO 提供 54 路介面，其中 16 路位於 bank 500，剩餘位於 bank 501。還透過 EMIO 介面提供從 PL 來的 64 路輸入和 128 路輸出。GPIO 控制和狀態寄存器內存映射在基址 $0xE000_A000$。
ZYNQ 的 GPIO 引腳分為 4 個 bank，共有 118 個 GPIO。
GPIO 內部結構#
從圖中可以看到 GPIO 有三個功能：輸入、輸出、中斷。
其中 MIO 7 和 9 只能做輸出。
一組寄存器只能控制一個 GPIO bank 的所有引腳。
器件引腳的 GPIO 控制#
輸入 / 輸出寄存器#
| 寄存器名稱 | 说明 |
|---|---|
| DATA_RO | GPIO 引腳的值存儲在此寄存器中，無論 GPIO 被配置為輸入或輸出，都可以通過讀此寄存器得到 GPIO 引腳的值。 因為是只讀寄存器（對軟體來說），軟體向此寄存器的寫入操作將被忽略。 |
| DATA | 輸出數據寄存器，當 GPIO 被配置為輸出才起作用，此寄存器中的值就是輸出到引腳的值。 向此寄存器寫入就是在設置 GPIO 的輸出值， 讀此寄存器將返回 GPIO 前一時刻的輸出值，而不是現在的值。 |
| MASK_DATA_LSW | Mask Data Least Significant Words，輸出數據低 16 位掩碼寄存器，此寄存器只有低 16 位有效， 對應位為 1 表示 DATA 寄存器低 16 位中對應位的值可以更改， 若不為 1，則表示 DATA 寄存器低 16 位中對應位保持原值 |
| MASK_DATA_MSW | Mask Data Most Significant Words，輸出數據高 16 位掩碼寄存器， 功能同 MASK_DATA_LSW，只是它對應 DATA 寄存器高 16 位 |
| DIRM | Direction Memory，方向寄存器，默認為 0 表示輸入，設為 1 表示輸出 注意，即使 DIRM 為 1，軟體也可以像輸入一樣去讀此引腳的電平 |
| OEN | Output Enable，輸出使能寄存器， 僅當 DIRM 為 0 時有效，為 1 表示輸出使能， 為 0 表示輸出不使能，此時對應引腳上的值為三態值 |
中斷控制寄存器#
| 寄存器名稱 | 说明 |
|---|---|
| INT_TYPE | Interrupt Type 中斷類型寄存器， 控制 GPIO 中斷是電平觸發還是邊緣觸發 |
| INT_POLARITY | Interrupt Polarity 中斷極性寄存器 控制 GPIO 中斷是低電平 / 下降沿有效，還是高電平 / 上升沿有效 |
| INT_ANY | Interrupt Any，雙邊沿寄存器， 僅當 INT_TYPE 為邊沿觸發時，此寄存器才有效，控制是否雙沿均可觸發中斷 |
| INT_STAT | Interrupt State，中斷狀態寄存器， 此寄存器的值會被與之相連的 INT State D 觸發器讀取 D 觸發器存儲中斷狀態，軟體通過讀此 D 觸發器輸出來判斷中斷是否發生， 清除此 D 觸發器來清除中斷狀態 |
| INT_MASK | Interrupt Mask，中斷掩碼寄存器， 顯示當前哪些位被屏蔽，哪些位啟用 |
| INT_DIS | Interrupt Disable，中斷失效寄存器， 向該寄存器的任何位寫入 1 都會屏蔽該中斷信號。 從該寄存器讀取會返回不可預測的值 |
| INT_EN | Interrupt Enable，中斷使能寄存器 向該寄存器的任何位寫入 1，可以啟用 / 解除中斷信號的掩碼。 從該寄存器讀取將返回一個不不可預測的值 |
GPIO 的中斷號為 ==52==，中斷優先級是固定的，無需配置 GPIO 的中斷優先級。GPIO 所有引腳共享同一個中斷，即使能兩個引腳的中斷的話，軟體無法判斷中斷來自哪個引腳。
EMIO 和 MIO#
MIO，Multiuse I/O，複用輸入 / 輸出，對應 PS 端的可配置的多功能引腳。
EMIO，Extent MIO，對應 PL 端的可配置多功能引腳。
MIO 是外設的基本引腳，由於 MIO 的引腳數量較少，ZYNQ 也提供 EMIO 介面作為 MIO 的擴展，外設通過 EMIO 介面連接到 PL 端的引腳，來實現和 MIO 幾乎相同的功能。
MIO 和 EMIO 的不同點如下：
- MIO 對於 PL 端是透明的，PL 無法讀取 MIO 引腳上的電平；PS 端可以通過 EMIO 與 PL 端通信。
- 外設與 MIO 是固定搭配的，初始化時要根據開發板原理圖來選擇引腳約束。EMIO 相對靈活，引腳可以任意指定，通過 xdc 文件約束指定到 PL 端的某個引腳。
- 因為 MIO 引腳更靠近外圍電路，相較於 EMIO，一些外設使用 MIO 的性能更好，還有一些外設只能使用 MIO。
MIO bank 和封裝的 bank 的區別與聯繫#
MIO 分為 Bank 0 和 Bank 1，Bank 0 是封裝 Bank 500 中的部分引腳，Bank 1 是封裝的 bank 501 的部分引腳。
Bank 0 包含 MIO 0~15 共 16 個 MIO，bank 1 包括 MIO 16~53 共 38 個 MIO，總共有 54 個 MIO。EMIO 一共有 64 個。
