AXI GPIO（AXI General-Purpose Input/Output）設計提供了一個通用的輸入/輸出接口，該接口連接到一個AXI4-Lite接口。AXI GPIO可以被配置為單通道或雙通道設備，每個通道的位寬可以獨立配置。

端口（即GPIO引腳）可以通過啟用或禁用三態緩沖器來動態配置為輸入或輸出。這些通道還可以配置為當它們的任何一個輸入發生轉變時生成中斷。

1? 功能

AXI GPIO IP核的頂層框圖（如下圖所示）通常包含幾個關鍵模塊，這些模塊協同工作以實現其通用輸入/輸出功能。

以下是根據通常的AXI GPIO設計對頂層框圖的簡要描述：

AXI4-Lite接口

AXI4-Lite是AXI協議的一個子集，特別適用于需要簡單、輕量級通信的場景。在這個設計中，AXI4-Lite接口模塊作為一個從設備（slave）實現，提供32位的數據通道，允許主設備（如處理器或控制器）通過AXI4-Lite協議訪問GPIO通道寄存器。這些寄存器用于控制GPIO通道的配置、輸入/輸出狀態等。

中斷控制

負責從GPIO通道獲取中斷狀態，并在滿足條件時向主機生成中斷信號。當中斷使能選項在Vivado集成設計環境（IDE）中設置時，中斷控制模塊將被啟用。這樣，當GPIO通道的輸入發生變化時，中斷控制模塊可以檢測到這種變化，并生成一個中斷信號通知主機。主機可以響應這個中斷信號，執行相應的中斷處理程序。

GPIO 核

GPIO核包含用于讀寫AXI GPIO通道寄存器的寄存器和多路復用器。這些寄存器用于存儲GPIO通道的配置信息、輸入/輸出狀態等。多路復用器用于在讀取或寫入操作時選擇正確的寄存器。此外，GPIO核還包括必要的邏輯來識別當通道輸入發生變化時的中斷事件。

上圖中的三態緩沖器（3-state buffers）并不是GPIO核的一部分。這些三態緩沖器是在使用Vivado設計套件生成輸出產品時自動添加到頂層設計包裝文件中的。它們用于控制GPIO引腳的輸入/輸出狀態，并提供與外部電路的接口。

2 配置

（1）打開一個工程或生成一個新的工程；

（2）如下圖所示，找到AXI GPIO IP核；

（3）?雙擊IP，或從工具欄或右鍵菜單中選擇“Customize IP”命令，打開該IP核的配置頁。

GPIO

All Inputs

• 功能：將所有GPIO通道位設置為輸入模式。當選中此選項時，所有相關的GPIO引腳都將被配置為接收外部信號，而不是發送信號。
• 默認狀態：此選項是未選中的（unchecked），意味著GPIO通道位不會默認被配置為輸入模式。

All Outputs

• 功能：將所有GPIO通道位設置為輸出模式。當選中此選項時，所有相關的GPIO引腳都將被配置為發送信號到外部設備，而不是接收信號。
• 默認狀態：此選項是未選中的（unchecked），意味著GPIO通道位不會默認被配置為輸出模式。

GPIO Width

• 功能：定義了GPIO通道的位寬，決定了GPIO IP核可以管理的GPIO引腳數量。例如，如果GPIO Width設置為8，那么GPIO IP核就可以控制8個GPIO引腳。
• 默認狀態：其值可以從1到32，默認值是32。

Default Output Value

• 功能：設置此通道所有啟用位的默認值。當GPIO引腳被配置為輸出模式時，這個值決定了它們在上電或復位后的初始狀態。例如，如果Default Output Value設置為0xFF（8位模式），那么所有GPIO引腳在上電后都將輸出高電平。
• 默認狀態：此參數設置為0x0（即所有位都是0）。

Default Tri State Value

• 功能：配置了GPIO通道每個位的輸入或輸出模式。這里的“Tri State”可能指的是GPIO引腳的初始狀態或默認模式，其中“0”代表輸出模式，“1”代表輸入模式。但具體實現可能因不同的IP核而異。
• 默認狀態：這個字段的值為0xFFFFFFFF，將所有GPIO位配置為輸入模式。

Enable Dual Channel

• 功能：啟用第二個GPIO通道（GPIO2），當此參數被啟用時，GPIO2選項被激活，并配置Channel-2 (GPIO2)寄存器。允許使用同一個AXI GPIO IP核來控制兩個獨立的GPIO通道。這在需要管理大量GPIO引腳時特別有用。
• 默認狀態：此參數是未選中的，將AXI GPIO配置為單通道模式。

GPIO2

僅在“Enable Dual Channel”被選中時激活。此參數組中的所有字段都與GPIO選項組相似。

當啟用雙通道模式時，可以為第二個GPIO通道（GPIO2）配置與第一個通道相同的參數，如GPIO Width、Default Output Value等。

Enable Interrupt

啟用了GPIO模塊中的中斷控制邏輯和中斷寄存器。默認情況下，此選項是未選中的，即中斷未被啟用。

當希望GPIO引腳能夠產生中斷信號以通知處理器或控制器外部事件時，需要啟用此選項。一旦啟用，可以配置GPIO引腳在特定條件下產生中斷，例如輸入電平變化或超時等。

3 編程序列

當啟用中斷時的輸入端口

（1）配置端口為輸入

? ? ? ? ?將GPIOx_TRI寄存器中對應的位寫入1，以將端口配置為輸入模式。

（2）啟用通道中斷

? ? ? ? 通過設置IP中斷使能寄存器中對應的位來啟用該通道的中斷，同時，也需要通過設置全局中斷寄存器（通常是某個處理器或微控制器的寄存器）的第31位為1來啟用全局中斷。

（3）接收并處理中斷

? ? ? ?① 當接收到中斷時，讀取GPIOx_DATA寄存器中對應的位，以獲取輸入值。

? ? ? ②清除IP中斷狀態寄存器中對應的中斷狀態位，通過將對應位寫入1來實現。這通常是中斷服務程序（ISR）的一部分。

當未啟用中斷時的輸入端口

（1）配置端口為輸入

? ? ? ?將GPIOx_TRI寄存器中對應的位寫入1，以將端口配置為輸入模式。

（2）讀取輸入值

? ? ? ?直接讀取GPIOx_DATA寄存器中對應的位，以獲取輸入值。

輸出端口

（1）配置端口為輸出

? ? ? ?將GPIOx_TRI寄存器中對應的位寫入0，以將端口配置為輸出模式。

（2）寫入輸出值

? ? ? ?將要輸出的值寫入GPIOx_DATA寄存器中對應的位。這會將該值輸出到對應的GPIO引腳上。

注意事項

• 確保在嘗試訪問GPIOx_TRI或GPIOx_DATA寄存器之前，AXI GPIO IP核已經正確配置并初始化。
• 當配置GPIO端口時，請確保不要同時將其配置為輸入和輸出，這可能會導致未定義的行為。
• 當啟用中斷時，請確保系統（例如處理器或微控制器）可以正確地處理這些中斷，并有一個有效的中斷服務程序來清除中斷狀態位并處理中斷事件。