ZYBO / Pmod > GPIOをPmodコネクタに出力してみた

動作環境

DIGILENT ZYBO
Vivado 2015.4 on Windows 8.1 pro(64bit)

Using Standard Pmod in Zybo Zynq-7000 Development Board
http://hybridcores.com/?p=1
http://hybridcores.com/?p=78

上記を参考にGPIOをPmodコネクタに出力してみた。
ただし、上記の通り実施したら記載通りにならない「はまり」があったので、以下記載のように実施した。

関連資料

Pmodコネクタ http://www.marutsu.co.jp/contents/shop/marutsu/datasheet/595400.pdf

Vivado

プロジェクト作成

• Project Name: 160709_pmodGPIO
• RTL Project (Do not specify sources at this time はチェックしておく)
• Zybo指定

プロジェクト設定を変更 (リンク元とdesign_1_wrapperファイルが同じ表示になるように)

• [Tool] -> [Porject Settings] -> Generalタブ
  • Target languate: VHDL にする

Create Block Design

• Design name: design_1
• add IP: ZYNQ7 Processing System
• Run Block Automation
• add IP: AXI GPIO
• Run Connection Automation (S_AXI選択)

GPIOのビット設定

• axi_gpio_0をダブルクリックしてRe-customize IPを開く

• Re-customize IPにてIP ConfigurationのところでGPIO widthをPmod コネクタの8出力に合わせて8とする

GPIOポート作成

• GPIO＋の上で右クリックして「Make External」とする
  • GPIOというポートが作成される

• GPIOというポートをGPIO_Pmodにする (任意)

HDL Wrapper作成

• Sourcesウィンドウにおいて、design_1上にて右クリックして「Create HDL Wrapper...」を選択する
  • Let Vivado manager wrapper and auto-update

制約ファイルの作成

XDCファイルを作っておく。
ZYBO用にDIGILENTからテンプレートファイルがあるが、ここでは新規作成する。

• Sourcesウィンドウにおいて、Constraints > constrs_1上にて右クリック、「Add Source」選択
• Add or create constraints選択して、Next
• Create Fileをクリック
• File name: pmodGPIO.xdc とした
• FinishをクリックしてAdd Sourcesウィンドウを閉じる

Run Implementation実行

• Generate Bistreamまで実行してもエラーとなるので、Run Implementationを実行する
• Implementation Completedが表示されたらOpen Implementation Designを選択してOKをクリック
• 画面下のI/O Portsタブを選択して以下のように展開表示する

GPIOの設定

上記のI/O Portsに関して以下の3つの設定が必要

1. I/O StdをdefaultからLVCMOS33などの固定値にする
2. SiteにPmodのコネクタのピンを指定する
3. Fixedのチェックをつける

Siteの割り当ては以下のp25に記載の図を参考にする。
http://www.marutsu.co.jp/contents/shop/marutsu/datasheet/595400.pdf

今回はPmod ConnectorのJEを使うこととする。

• 上記参考に以下のように設定する。

• Ctrl+Sで保存する
• Out of Date Designというウィンドウが出るのでOKをクリック
• Save Constraintsというウィンドウが出るのでSelect an existing fileを選択してOK
  (新規作成したpmodGPIO.xdcに上書きすることになる)

XDCファイルの確認

上記によりpmodGPIO.xdcファイルが変更された。

• Open Block Designをクリック
• SourcesのConstraints > constrs_1 > pmodGPIO.xdcを開くと以下のように変更されている

pmodGPIO.xdc

set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports {gpio_pmod_tri_io[7]}]
set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports {gpio_pmod_tri_io[6]}]
set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports {gpio_pmod_tri_io[5]}]
set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports {gpio_pmod_tri_io[4]}]
set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports {gpio_pmod_tri_io[3]}]
set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports {gpio_pmod_tri_io[2]}]
set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports {gpio_pmod_tri_io[1]}]
set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports {gpio_pmod_tri_io[0]}]
set_property PACKAGE_PIN V12 [get_ports {gpio_pmod_tri_io[7]}]
set_property PACKAGE_PIN W16 [get_ports {gpio_pmod_tri_io[6]}]
set_property PACKAGE_PIN J15 [get_ports {gpio_pmod_tri_io[5]}]
set_property PACKAGE_PIN H15 [get_ports {gpio_pmod_tri_io[4]}]
set_property PACKAGE_PIN V13 [get_ports {gpio_pmod_tri_io[3]}]
set_property PACKAGE_PIN U17 [get_ports {gpio_pmod_tri_io[2]}]
set_property PACKAGE_PIN T17 [get_ports {gpio_pmod_tri_io[1]}]
set_property PACKAGE_PIN Y17 [get_ports {gpio_pmod_tri_io[0]}]

Generate Bitstream

• Generate Bitstreamを実行する

Export

• File > Export > Export Hardware...
  • Include bitstreamチェックしてOKクリック
• File > Launch SDK
  • OKクリック

XSDK

プロジェクト作成

• File > New > Application Project
  • Project name: gpioPmod
  • Nextクリック
  • Hellow Worldを選択してFinish

ソース

gpioPmod > src > helloworld.cを以下のように書換える。

helloworld.c

#include <stdio.h>
#include "xparameters.h"
#include "xgpio.h"
#include "platform.h"

#define PMOD_DEVICE_ID  XPAR_AXI_GPIO_0_DEVICE_ID

XGpio PMODInst;

int main()
{
    init_platform();

    print("Hello World\n\r");

    int status;
    status = XGpio_Initialize(&PMODInst, PMOD_DEVICE_ID);
    if (status != XST_SUCCESS) {
        print("PMOD GPIO initialize failure\r\n");
        return -1;
    }
    XGpio_SetDataDirection(&PMODInst, 1, 0); // 2つ目の引数は1
    XGpio_DiscreteWrite(&PMODInst, 1, 0x0F); // 2つ目の引数は1. Pmod 下段だけON

    while(1) {

    }

    cleanup_platform();
    return 0;
}

実行

• TeraTermなどを立ち上げて115200bpsにしておく
• ZYBOの電源投入
• メニュー Xilinx Tools > Program FPGA > Programをクリック
• Project ExplorerのgpioPmod > Binaries > gpioPmod.elf上で右クリックして、Run As > 1. Launch on Hardware (System Debugger)で実行する
  • TeraTermにHello Wolrdが表示され、Pmod JEコネクタに電圧が立っている。

電圧の立つところ

http://www.marutsu.co.jp/contents/shop/marutsu/datasheet/595400.pdf
の以下の図参照。

    XGpio_DiscreteWrite(&PMODInst, 1, 0x0F);

の場合、2段のうち下段だけが3.3V立つ。上段は0Vになる。

両段を3.3V立たせるには以下のようにする。

    XGpio_DiscreteWrite(&PMODInst, 1, 0xFF);

あとは0xFFの値を変更することで、任意のビットを立たせたり落としたりできる。

XGpio_DiscreteWrite()の引数

XGpio_DiscreteWrite(&PMODInst, 1, 0x0F);
の2つめの引数は1にすること。

これが分からず「はまって」しまった。

なひたふさんの記事が参考になった。
http://nahitafu.cocolog-nifty.com/nahitafu/2013/07/zynqpspl4-gpio-.html

ようやくPmodで外界との接続ができるようになった。ファーストコンタクト成功!