【正点原子FPGA连载】第六章自定义IP核-呼吸灯实验--摘自【正点原子】领航者 ZYNQ 之嵌入式开发指南

正点原子

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第六章自定义IP核-呼吸灯实验

在Vivado软件中，我们可以很方便的通过创建和封装IP向导的方式来自定义IP核。自定义IP核可以定制化系统设计，以达到设计重用的目的，可以很大程度上简化系统设计和缩短产品上市的时间。本章我们将向大家介绍自定义IP核的方法。
本章包括以下几个部分：
66.1简介
6.2实验任务
6.3硬件设计
6.4软件设计
6.5下载验证




6.1简介
Xilinx官方为我们提供了非常丰富的IP核，如数学运算（乘法器、浮点运算器等）、信号处理（FFT、DDS等），我们可以通过调用这些IP核来快速完成设计。然而随着系统的设计越来越复杂，官方提供的免费IP核有时并不能很好的适用我们的设计，这个时候就需要我们自己来实现这些功能。为了使这些模块或代码以后能够复用，可以通过自定义IP核的方式将这些模块集成到Vivado中的IP库中，以达到简化系统设计和缩短产品上市时间的目的。
在Vivado软件中，通过创建和封装IP向导的方式来自定义IP核，支持将当前工程、工程中的模块或者指定文件目录封装成IP核，当然也可以创建一个带有AXI4接口的IP核，用于PS和PL的数据通信。本次实验选择常用的方式，即创建一个带有AXI接口的IP核，该IP核通过AXI协议实现PS和PL的数据通信。AXI协议是一种高性能、高带宽、低延迟的片内总线，关于该协议的详细内容，我们会在后面的例程中向大家做详细的介绍。本次实验的系统框图如图 6.1.1所示：

图 6.1.1 系统框图

框图中的UART用于打印信息，Breath LED IP核为自定义的IP核，PS通过AXI接口为LED IP模块发送配置数据，从而来控制PL LED灯。
6.2实验任务
本章的实验任务是通过自定义一个LED IP核，来控制PL LED呈现呼吸灯的效果，并且PS可以通过AXI接口来控制呼吸灯的开关和呼吸的频率。
6.3硬件设计
step1：创建一个新的IP核
1-1 打开Vivado，进入Vivado界面后，点击“Tasks”栏中的“Manage IP”。在弹出的选项中选择“New IP Location...”。如下图所示：

图 6.3.1 点击Manage IP

1-2 在弹出的界面中选择“Next”，然后设置Manage IP核的属性，在“IP Location:”一栏指定工程的路径，路径为：F:/ZYNQ/ Embedded_System/custom_ip，其它保持默认即可。点击“Finish”完成Manage IP工程的创建，如图 6.3.2和图 6.3.3所示。注意，Part一栏中设置开发板的型号，在后面的工程中会重新指定，这里直接保持默认。

图 6.3.2 自定义IP核向导界面

图 6.3.3 IP设置选项

此时弹出确认工程路径的界面，点击“OK”按钮完成工程的创建。如下图所示：

图 6.3.4 创建路径界面

1-3 工程创建完成后，运行创建和封装IP向导。点击菜单栏的“Tools”，选择“Create and Package New IP”，在弹出的界面中，点击“NEXT”。如图 6.3.5和图 6.3.6所示：

图 6.3.5 选择创建和封装IP向导

图 6.3.6 封装IP向导界面

1-4 接下来选择封装IP或者创建一个带AXI4接口的IP核，我们这里选择创建一个带AXI接口的IP核，选中“Creat a new AXI4 peripheral”，并点击“NEXT”按钮。如下图所示：

图 6.3.7 封装IP选项

1-5 接下来分别设置IP核名称（Name）、版本号（Version）、显示名（Display name）、描述（Description）和路径（IP location）。在Name一栏设置IP核的名称，本次实验的功能是控制PL LED呈现呼吸灯的效果，因此这里在Name一栏，将名称改为“breath_led_ip”，此时Display name一栏会自动更改为“breath_led_ip_v1.0”。其它的设置直接保持默认即可，点击“NEXT”按钮，如下图所示：

图 6.3.8 IP参数设置

1-6 接下来对AXI接口进行设置。

图 6.3.9 AXI4接口设置

Name（名称）：这里修改成S0_AXI。
Interface Tpye（接口类型）：共三种接口类型可选，分别是Lite、Full和Stream。AXI4-Lite接口是简化版的AXI4接口，用于较少数据量的存储映射通信；AXI4-Full接口是高性能存储映射接口，用于较多数据量的存储映射通信；AXI4-Stream用于高速数据流传输，非存储映射接口。本次实验只需少量数据的通信，因此接口类型选择默认的Lite接口。
Interface Mode（接口模式）：接口模式有Slave（从机）和Master（主机）两种模式可选，AXI协议是主机和从机通过“握手”的方式建立连接，这里选择默认的Slave接口模式。
Data Width（数据宽度）：数据位宽保持默认，即32位位宽。
Memory Size（存储器大小）： 在AXI4-Lite接口模式下，该选项不可设置。
Number of  Registers（寄存器数量）：用于配置PL LED呼吸灯寄存器的数量，这里保持默认。
点击“Next”按钮。
1-7 最后弹出封装接口的总结描述和下一步操作选项的界面。这里保持默认，即将IP添加至IP库中，点击“Finish”按钮完成IP核的创建和封装。如下图所示：

图 6.3.10 创建和封装IP核总结界面

在IP Catalog界面中可以看到刚刚添加的IP核，位于User Repository一栏中的AXI Peripheral下，名称为“breath_led_ip_v1.0”，如图 6.3.11所示：

图 6.3.11 新添加的IP核

1-8 创建好IP核后，我们接下来对breath_led_ip_v1.0 IP核进行编辑。右击breath_led_ip_v1.0 IP核，选择“Edit in IP Packager”，在弹出的界面中点击“OK”，如图 6.3.12和图 6.3.13所示：

图 6.3.12 打开编辑IP核界面

图 6.3.13 设置工程名和路径

此时会打开一个新的工程，如图 6.3.14所示：

图 6.3.14 编辑IP核界面

1-9 双击breath_led_ip_v1_0，如下图所示：

图 6.3.15 双击breath_led_ip_v1_0

打开breath_led_ip_v1_0.v文件后，接下来开始编辑代码，来添加控制PL LED呼吸灯所需要的参数和端口信号。在代码的第7行添加如下代码：

1.        parameter  START_FREQ_STEP = 10'd100,

复制代码

这个参数用于设置呼吸灯默认的呼吸频率，然后在代码的第18行添加如下代码：

1.       output      led,

复制代码

添加完成后的代码如下图所示：

     

图 6.3.16 编辑breath_led_ip_v1_0.v文件

在代码例化breath_led_ip_v1_0_S0_AXI模块的地方，增加对参数START_FREQ_STEP和端口led的例化，代码如下：
   

1.     .START_FREQ_STEP(START_FREQ_STEP),

复制代码

和

1.         .led(led),

复制代码

代码添加后，按下键盘键Ctrl+S保存。如下图所示：

图 6.3.17 添加对参数和端口的例化

1-10 双击breath_led_ip_v1_0下的breath_led_ip_v1_0_S0_AXI_inst，如下图所示：

图 6.3.18 双击breath_led_ip_v1_0_S0_AXI_inst

breath_led_ip_v1_0_S0_AXI模块实现了AXI4协议下的读写寄存器的功能，我们只需要对该模块稍作修改，即可实现控制PL LED呼吸灯的功能。向寄存器中写入数据和读出数据的部分代码如图 6.3.19和图 6.3.20所示：

图 6.3.19 写寄存器数据部分代码

图 6.3.20 读寄存器数据部分代码

在创建和封装IP核向导中，我们总共定义了4个寄存器，代码中的slv_reg0至slv_reg3是寄存器地址0至寄存器地址3对应的数据，通过例化呼吸灯模块，将寄存器地址对应的数据和呼吸灯模块的控制端口相连接，即可实现对呼吸灯的控制。
我们接下来开始编辑代码，同样在代码的第7行添加如下代码：

1.         parameter START_FREQ_STEP   = 10'd100,

复制代码

1. 在代码的第18行添加如下代码：
   
2.         output      led,

复制代码

添加完成后的代码如下图所示：

图 6.3.21 编辑breath_led_ip_v1_0_S0_AXI.v文件

同时我们还需要在代码的第401行例化breath_led.v文件，代码如下：

1.     breath_led #(
   
2.         .START_FREQ_STEP(START_FREQ_STEP)
   
3.     )
   
4.     u_breath_led(
   
5.         .sys_clk          (S_AXI_ACLK),
   
6.         .sys_rst_n        (S_AXI_ARESETN),
   
7.         .sw_ctrl          (slv_reg0[0]),
   
8.         .set_en           (slv_reg1[31]),
   
9.         .set_freq_step    (slv_reg1[9:0]),
   
10.         .led              (led)
    
11. );

复制代码

代码中的slv_reg0和slv_reg1是寄存器地址0和寄存器地址1对应的数据，我们通过寄存器地址0对应的数据来控制呼吸灯的使能（sw_ctrl），寄存器地址1对应数据的最高位控制呼吸灯频率的设置有效信号（set_en），寄存器地址1对应数据的低10位控制呼吸灯频率的步长（set_freq_step）。
添加完代码后，按下键盘Ctrl+S保存代码，添加完成后的代码如下图所示：

图 6.3.22 例化breath_led代码

1-11 此时工程中缺失breath_led.v文件，breath_led.v文件用于实现呼吸灯的功能，这个代码是在“呼吸灯实验”的基础上修改而来。
右击“Design Sources”，选择“Add Sources…”，在弹出的界面中选择“Add or Create design source”，点击“NEXT”，如图 6.3.23和图 6.3.24所示：

图 6.3.23 添加设计文件

图 6.3.24 选择添加设计文件界面

点击“Create File”创建一个新的文件，在弹出的界面输入名称breath_led，路径为../custom_ip/ip_repo/breath_led_ip_1.0/hdl，点击“OK”按钮，如图 6.3.25和图 6.3.26所示：

图 6.3.25 创建一个新的设计文件

图 6.3.26 设置设计文件的名称与路径

点击“Finish”按钮完成创建，如下图所示：

图 6.3.27 完成设计文件的添加

在弹出的模块定义界面中点击“OK”按钮，接下来在弹出的确认按钮中点击“YES”。
1-12 双击u_breath_led(breath_led.v)文件，如下图所示：

图 6.3.28 双击breath_led.v文件

打开breath_led.v文件后，开始编辑代码，代码如下：

1. 1  module breath_led(
   
2. 2      input          sys_clk        , //时钟信号
   
3. 3      input          sys_rst_n      , //复位信号
   
4. 4      input          sw_ctrl        , //呼吸灯开关控制信号 1：亮 0:灭
   
5. 5      input          set_en         , //设置呼吸灯频率设置使能信号
   
6. 6      input   [9:0]  set_freq_step  , //设置呼吸灯频率变化步长
   
7. 7      
   
8. 8      output         led              //LED
   
9. 9  );
   
10. 10
    
11. 11 //*****************************************************
    
12. 12 //**                  main code
    
13. 13 //*****************************************************
    
14. 14
    
15. 15 //parameter define
    
16. 16 parameter  START_FREQ_STEP = 10'd100; //设置频率步长初始值
    
17. 17
    
18. 18 //reg define
    
19. 19 reg  [15:0]  period_cnt  ;      //周期计数器
    
20. 20 reg  [9:0]   freq_step   ;      //呼吸灯频率间隔步长
    
21. 21 reg  [15:0]  duty_cycle  ;      //设置高电平占空比的计数点
    
22. 22 reg          inc_dec_flag;      //用于表示高电平占空比的计数值,是递增还是递减
    
23. 23                                 //为1时表示占空比递减,为0时表示占空比递增
    
24. 24 //wire define
    
25. 25 wire         led_t       ;
    
26. 26
    
27. 27 //将周期信号计数值与占空比计数值进行比较，以输出驱动led的PWM信号
    
28. 28 assign led_t = ( period_cnt <= duty_cycle ) ? 1'b1 : 1'b0 ;
    
29. 29 assign led = led_t & sw_ctrl;
    
30. 30
    
31. 31 //周期信号计数器在0-50_000之间计数
    
32. 32 always @ (posedge sys_clk) begin
    
33. 33     if (!sys_rst_n)
    
34. 34         period_cnt <= 16'd0;
    
35. 35     else if(!sw_ctrl)
    
36. 36         period_cnt <= 16'd0;
    
37. 37     else if( period_cnt == 16'd50_000 )
    
38. 38         period_cnt <= 16'd0;
    
39. 39     else
    
40. 40         period_cnt <= period_cnt + 16'd1;
    
41. 41 end
    
42. 42
    
43. 43 //设置频率间隔
    
44. 44 always @(posedge sys_clk) begin
    
45. 45     if(!sys_rst_n)
    
46. 46         freq_step <= START_FREQ_STEP;
    
47. 47     else if(set_en) begin
    
48. 48         if(set_freq_step == 0)
    
49. 49             freq_step <= 10'd1;
    
50. 50         else if(set_freq_step >= 10'd1_000)
    
51. 51             freq_step <= 10'd1_000;
    
52. 52         else   
    
53. 53             freq_step <= set_freq_step;
    
54. 54     end        
    
55. 55 end
    
56. 56
    
57. 57 //设定高电平占空比的计数值
    
58. 58 always @(posedge sys_clk) begin
    
59. 59     if (sys_rst_n == 1'b0) begin
    
60. 60         duty_cycle <= 16'd0;
    
61. 61         inc_dec_flag <= 1'b0;
    
62. 62     end     
    
63. 63     else if(!sw_ctrl) begin          //呼吸灯开关关闭时，信号清零
    
64. 64         duty_cycle <= 16'd0;
    
65. 65         inc_dec_flag <= 1'b0;
    
66. 66     end   
    
67. 67     //每次计数完了一个周期，就调节占空比计数值
    
68. 68     else if( period_cnt == 16'd50_000 ) begin
    
69. 69         if( inc_dec_flag ) begin  //占空比递减
    
70. 70             if( duty_cycle == 16'd0 )     
    
71. 71                 inc_dec_flag <= 1'b0;
    
72. 72             else if(duty_cycle < freq_step)
    
73. 73                 duty_cycle <= 16'd0;
    
74. 74             else   
    
75. 75                 duty_cycle <= duty_cycle - freq_step;
    
76. 76         end
    
77. 77         else begin  //占空比递增
    
78. 78             if( duty_cycle >= 16'd50_000 )  
    
79. 79                 inc_dec_flag <= 1'b1;
    
80. 80             else
    
81. 81                 duty_cycle <= duty_cycle + freq_step;
    
82. 82         end
    
83. 83     end
    
84. 84     else  //未计数完一个周期时，占空比保持不变
    
85. 85         duty_cycle <= duty_cycle ;
    
86. 86 end
    
87. 87   
    
88. 88 endmodule

复制代码

模块实现了呼吸灯的功能。呼吸灯的使能由输入的端口信号sw_ctrl控制，呼吸灯的呼吸频率由输入的端口信号set_en和set_freq_step控制。由代码的第43行至第55行代码可知，输入的set_freq_step范围是1~1000。
1-13 保存代码，并验证代码是否有语法错误。在左侧Flow Navigator导航栏中找到SYNTHESIS，点击该选项中的 “Run Synthesis”，如下图所示：

图 6.3.29 编译代码

在弹出的窗口中点击“OK”按钮，等待代码编译完成。
1-14 接下来开始设置IP封装，将界面切换至Package IP，如果不小心关闭的话，可以通过IP-XACT界面下的component.xml重新打开，如图：

图 6.3.30 打开Package IP界面

图 6.3.31 Package IP界面

Identification这一栏的选项直接保持默认，需要注意的是，我们可以点击图 6.3.32中Categories选项下的“+”按钮来修改IP的分类，这里不做修改。

图 6.3.32 修改IP核分类

1-15点击Compatibility，修改该IP核支持的器件。点击Family一栏下的“+”图标，选择“Add Family Explicitly…”，如下图所示：

图 6.3.33 “Compatibility界面”

这里勾选“zynq(zynq-7000)”，表示该IP核支持zynq器件。而Life-cycle表明该IP核当前的产品生命周期，这里选择“Pre-Production”。

图 6.3.34 选择支持的器件

1-16 点击File Groups，然后点击界面上的“Merge Changes from Gile Groups Wizard”，如下图所示：

图 6.3.35 File Groups界面

此时可以在Verilog Synthesis一栏中查看工程中的三个模块。
1-17 点击Customization Parameters，点击界面上的“Merge Changes from Customization Parameters Wizard”，如下图所示：

图 6.3.36 Customization Parameters界面

此时多了Hidden Parameters一栏，展开这个界面，可以看到程序中自定义的参数START_FREQ_STEP，右击这个参数，选择“Edit Parameter…”，弹出编辑参数的界面，如图 6.3.37所示：

图 6.3.37 打开编辑参数界面

在弹出的页面中勾选“Visible in Customization GUI”，将此参数显示在GUI参数界面中；
Format格式改为“long”；
勾选“Specify Range”来设定此参数的范围。将Type改为“Range of integers”，Minimum的值改为1，Maximum的值改为1000，将Default Value的值改为100，点击“OK”按钮，如下图所示：

图 6.3.38 参数设置

1-18 点击“Customization GUI”，可以在“Layout”界面拖动Page 0下的参数来调整参数在GUI显示的位置，如下图所示：

图 6.3.39 拖动参数

1-19 点击“Review and Package”，然后点击“IP has been modified”更新总结界面，最后点击“Re-Package IP”，如下图所示：

图 6.3.40 Review and Package界面

接下来会弹出一个是否关闭工程的询问界面，点击“YES”关闭工程，如下图所示：

图 6.3.41 关闭工程询问界面

IP核封装完成后，在IP核所在路径（...\custom_ip\ip_repo\breath_led_ip_1.0\drivers\breath_led_ip_v1_0\src）目录下，软件会自动生成.c和.h文件，方便在SDK软件中对IP核进行操作，如下图所示：

图 6.3.42 软件生成的文件
在Manage IP工程界面下，点击菜单栏的“File”，选择“Close Project”关闭工程，如下图所示：

图 6.3.43 关闭工程

接下来在弹出的确认关闭界面选择“YES”确认关闭工程。
step2：创建 Vivado 工程
step1是创建了一个自定义的IP核，接下来我们来创建Vivado工程，工程名为user_led，路径为F:/ZYNQ/Embedded_System/custom_ip目录下，创建的步骤这里不再赘述。
在开始下一个步骤之前，我们先把步骤1自定义的IP核添加至本工程的IP库中，点击菜单栏的“Tools”，选择“Setting”，如下图所示：

图 6.3.44 打开设置界面

点击“IP”一栏下的“Repository”，然后点击“+”来添加自定义的IP核，如下图所示：

图 6.3.45 IP库添加界面

接下来会弹出添加自定义IP核的路径，选择../custom_ip/ip_repo/breath_led_ip_1.0，点击“Select”，在弹出的界面中可以看到识别到的IP核，点击“OK”按钮添加IP核，如下图所示：

图 6.3.46 添加IP核

最后点击“OK”按钮，完成IP核的添加，如下图所示：

图 6.3.47 添加IP核完成

step3：使用IP Integrator创建Processing System
3-1 在左侧导航栏（Flow Navigator）中，单击IP Integrator下的Create Block Design。然
后在弹出的对话框中指定所创建的Block Design的名称，在Design name栏中输入“system”。
3-2在Diagram窗口中给设计添加 IP。点击上图中箭头所指示的加号“+”，会打
开IP目录（IP Catalog）。在搜索栏中键入“zynq”，找到并双击“ZYNQ7 Processing System”，
将ZYNQ7处理系统IP添加到设计中，如下图所示：

图 6.3.48 添加ZYNQ IP核

3-3 添加完成后，ZYNQ7 Processing System模块出现在Diagram中，双击这个模块进入编辑界面。需要注意的是，和前面搭建嵌入式最小系统不同的是，我们保留了FCLK_CLK0、FCLK_RESET0_N和M_AXI_GP0_ACLK接口，只是添加了UART控制器（MIO14和MIO15）和修改DDR3的存储器类型型号，其它保持默认。配置完成后，点击“Run Block Automation”，框图如下图所示：

图 6.3.49 ZYNQ7框图

3-4 接下来添加Breath LED IP核，点击“+”图标，在搜索框中输入“led”，如下图所示：

图 6.3.50 添加Breath LED IP核

双击“breath_led_ip_v1.0”，添加此IP核。添加完成后，可以双击led IP核来设置参数，如下图所示：

图 6.3.51 Breath led IP核配置

从上图可以看到我们自定义的参数（Start Freq Step）和其它四个参数，这里不作修改，点击“Cancel”按钮。
接下来点击“Run Connection Automation”来自动连线，连线完成后如图 6.3.52所示：

图 6.3.52 添加Breath LED IP核并连线

3-5 此时原理图中还没有LED的引脚，右击breath_led_ip_0的led引脚，选择“Make External”，如图 6.3.53所示：

图 6.3.53 添加LED引脚

将引出的led_0改为led，如图 6.3.54所示：

图 6.3.54 修改引脚名称

点击“Regenerate Layout”图标，最终原理图界面如图 6.3.55所示：

图 6.3.55 最终原理图界面

step4：生成顶层HDL模块
4-1 在Sources窗口中，选中Design Sources下的sysetm.bd，这就是我们刚刚完成的Block Design设计。右键点击sysetm.bd，在弹出的菜单栏中选择“Generate Output Products”，等待Generate完成。
4-2 在Sources窗口中，右键点击sysetm.bd，在弹出的菜单栏中选择“Create HDL Wrapper”。
step5：生成Bitstream文件并导出到SDK
5-1 在左侧Flow Navigator导航栏中找到RTL ANALYSIS，点击该选项中的“Open Elaborated Design”。在弹出的对话框中点击“OK”。如下图所示：

图 6.3.56 Elaborated Design对话框

在ELABORATED DESIGN界面下方找到I/O Ports一栏。如果没有找到则通过在菜单栏中点击Layout，然后在下拉列表中选择I/O Planning。我们将在I/O Ports一栏对PL部分的接口进行管脚分配，led分配至BANK35的J16引脚，该BANK的供电电压为3.3V，因此I/O Std一列对应的电平也需要修改。如图 6.3.57所示：

图 6.3.57 管脚分配

5-2 设置完成后按快捷Ctrl+S保存管脚约束，在弹出的对话框输入文件名“user_led”，如图 6.3.58所示：

图 6.3.58 保存约束

5-3 在左侧Flow Navigator导航栏中找到PROGRAM AND DEBUG，点击该选项中的“Generate Bitstream”。在连续弹出的对话框中依次点击“YES”、“OK”。然后Vivado工具开始依
次对设计进行综合、实现、并生成Bitstream文件。
5-4 导出硬件。
在菜单栏中选择File > Export > Export hardware。
在弹出的对话框中，勾选“Include bitstream”，然后点击“OK”按钮。 如下图所示：

图 6.3.59 勾选“Include bitstream”

5-5 硬件导出完成后，选择菜单 File->Launch SDK。在弹出的界面中，点击“OK”。
6.4软件设计
在硬件设计的最后，我们打开了SDK开发环境。
step6：在SDK中创建应用工程
6-1 在菜单栏中选择File->New->Application Project，新建一个SDK应用工程。
6-2 在弹出的界面中工程名命名为user_led，点击“NEXT”，选择“Empty Application”，点击“Finish”按钮完成SDK应用工程的创建。
6-3 新建源文件。在user_led/src目录上右键，选择 New->Source File，如图 6.4.1所示：

图 6.4.1 新建源文件

在弹出的对话框中Source file一栏我们输入文件名“main.c”，然后点击“Finish”。
6-4 新建源文件之后，在左侧user_led/src目录下可以看到main.c文件，同时在主页面
已经打开了该文件的文本编辑框。我们在新建的main.c文件中输入以下代码：

1. 1  #include "stdio.h"
   
2. 2  #include "xparameters.h"
   
3. 3  #include "xil_printf.h"
   
4. 4  #include "breath_led_ip.h"
   
5. 5  #include "xil_io.h"
   
6. 6  #include "sleep.h"
   
7. 7  
   
8. 8  #define  LED_IP_BASEADDR   XPAR_BREATH_LED_IP_0_S0_AXI_BASEADDR  //LED IP基地址
   
9. 9  #define  LED_IP_REG0       BREATH_LED_IP_S0_AXI_SLV_REG0_OFFSET  //LED IP寄存器地址0
   
10. 10 #define  LED_IP_REG1       BREATH_LED_IP_S0_AXI_SLV_REG1_OFFSET  //LED IP寄存器地址1
    
11. 11
    
12. 12 //main函数
    
13. 13 int main()
    
14. 14 {
    
15. 15  int freq_flag;      //定义频率状态，用于循环改变呼吸灯的呼吸频率
    
16. 16  int led_state;      //定义LED灯的状态
    
17. 17
    
18. 18  xil_printf("LED User IP Test!\n");
    
19. 19  while(1){
    
20. 20      //根据freq_flag的标志位,切换呼吸灯的频率
    
21. 21      if(freq_flag == 0){
    
22. 22       BREATH_LED_IP_mWriteReg(LED_IP_BASEADDR,LED_IP_REG1,0x800000ef);
    
23. 23          freq_flag = 1;
    
24. 24      }
    
25. 25      else{
    
26. 26       BREATH_LED_IP_mWriteReg(LED_IP_BASEADDR,LED_IP_REG1,0x8000002f);
    
27. 27          freq_flag = 0;
    
28. 28      }
    
29. 29      //获取LED当前开关状态   1:打开  0:关闭
    
30. 30      led_state = BREATH_LED_IP_mReadReg(LED_IP_BASEADDR,LED_IP_REG0);
    
31. 31      //如果开关关闭,打开呼吸灯
    
32. 32      if(led_state == 0){
    
33. 33       BREATH_LED_IP_mWriteReg (LED_IP_BASEADDR, LED_IP_REG0, 1);
    
34. 34          xil_printf("Breath LED ON\n");
    
35. 35      }
    
36. 36      sleep(5);
    
37. 37      //获取LED当前开关状态   1:打开  0:关闭
    
38. 38      led_state = BREATH_LED_IP_mReadReg(LED_IP_BASEADDR,LED_IP_REG0);
    
39. 39      //如果开关打开,关闭呼吸灯
    
40. 40      if(led_state == 1){
    
41. 41       BREATH_LED_IP_mWriteReg (LED_IP_BASEADDR, LED_IP_REG0, 0);
    
42. 42          xil_printf("Breath LED OFF\n");
    
43. 43      }
    
44. 44      sleep(1);
    
45. 45  }
    
46. 46 }
    
47. 47

复制代码

在代码的第8行至第10行，我们对Breath LED IP基地址、寄存器地址0和寄存器地址1进行了宏定义。按住Ctrl键不放，将鼠标移动到这些参数上，单击鼠标左键，会自动跳转到定义这些参数的地方。其中BREATH LED IP寄存器地址0和寄存器地址1位于breath_led_ip.h文件内，这个文件是系统自动为我们生成的。
程序中的main函数实现了每6秒钟（点亮5秒+关闭1秒）打开和关闭LED呼吸灯的开关，并切换LED灯呼吸频率的功能。我们通过BREATH_LED_IP_mReadReg()函数来读取寄存器地址的数据，通过BREATH_LED_IP_mWriteReg()函数来写入寄存器地址的数据，这两个函数同样位于breath_led_ip.h文件中。
在硬件设计的自定义IP核部分中，我们例化breath_led代码的时候，将寄存器0的数据（slv_reg0）连接至呼吸灯的开关控制信号（sw_ctrl），寄存器1的数据高位（slv_reg1[31]）连接至呼吸灯频率设置使能信号（set_en），寄存器1的数据低位（slv_reg1[9:0]）连接至呼吸灯频率间隔设置（set_freq_step）。因此，在SDK应用程序中，可以很方便的通过Breath LED IP寄存器地址0和寄存器地址1来控制LED呼吸灯的开关和频率。
值得一提的是，自定义的IP核在导出至SDK后，对应IP核的库函数也会导入进来，如图 6.4.2所示：

图 6.4.2 Breath LED IP库函数

6.5下载验证
首先我们将下载器与领航者底板上的JTAG接口连接，下载器另外一端与电脑连接。然后使用Mini USB连接线将USB_UART接口与电脑连接，用于串口通信。最后连接开发板的电源，并打开电源开关。
step7：板级验证
7-1 在SDK软件下方的SDK Terminal窗口中点击右上角的加号设置并连接串口。
7-2 下载程序。我们在下载软件编译生成的elf文件之前，需    要先下载硬件设计过程中生成的bitstream文件，对PL部分进行配置。在菜单栏中点击“Xilinx”，然后选择“Program FPGA”。
配置PL完成后，接下来我们要下载软件程序。在应用工程user_l  ed上右击，选择“Run As”，然后选择第一项“1 Launch on Hardware (System Debugger)”。软件程序下载完成后，在下方的SDK Terminal中可以看到应用程序打印的信息，如下图所示：

图 6.5.1 SDK Terminal窗口打印字符

此时观察开发板可以发现，核心板上的LED1（PL LED）每6秒钟LED灯的呼吸频率切换一次，在此切换频率之前，LED灯会熄灭一秒钟。如下图所示：

图 6.5.2 开发板实验现象

armok.

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