Cortex-A9内蔵FPGA“Zynq”入門

AXIバス経由でLチカ，レジスタを使った//GPIO制御の実験

AXI GPIOのあらまし

ZynqデバイスにはAXI GPIOが搭載されており，AXIバス経由でGPIO（汎用入出力）を制御できます．AXI GPIOは，以下の特徴をもっています．

1. 2系統のGPIOを内蔵
2. AXIインターコネクト回路を介した通信
3. 割り込みコントローラとの接続が可能

このGPIOモジュールは，シンプルな32ビット・レジスタを2本用いて制御します．GPIOコアへのアクセスはメモリマップ方式で行い，レジスタの書き換えによって出力を変更します．

GPIOレジスタの詳細

AXI GPIOには主に2種類のレジスタがあります．

1. データ・レジスタ（0x0000）：GPIOの状態を設定する
2. 制御レジスタ（0x0004）：入出力の方向を設定する

制御レジスタに`0`を書き込むことで，GPIOピンを出力モードに設定できます．さらに，データ・レジスタを操作することで，LEDを点灯または消灯できます．

AXI GPIOの制御手順

GPIO制御は以下の手順で行います．

1. Vivado上でGPIOコアを追加し，適切な名前を付与する
2. Vitisで生成された`xparameters.h`を参照し，GPIOのベース・アドレスを確認する
3. 制御レジスタを設定して入出力方向を決定する
4. データ・レジスタを操作し，出力値を制御する

Vivado上でGPIOの名称を適切に設定することがポイントです．`axi_gpio_rgb_led`と命名すれば，Vitis側では`XPAR_AXI_GPIO_RGB_LED_XXX`という名称で参照でき，可読性が向上します．

AXIバスとは？

AXI（Advanced eXtensible Interface）は，ARMが策定したバス・インターフェース規格です．高性能なデータ転送を可能にするしくみが特徴です．

1. パイプライン化されたデータ転送
2. アドレス・フェーズとデータ・フェーズの分離
3. バースト転送のサポート

AXIはZynqのようなFPGA内蔵プロセッサにおいて，プロセッサと周辺回路を接続するための重要な役割を果たします．AXI GPIOはこのAXIバスを介して動作し，プロセッサとGPIO間のデータ転送をスムーズに行います．〈著：ZEPマガジン〉

動画を見る，または記事を読む

著者紹介

• 2002年より業務用映像音声機器メーカに勤務．システムアーキテクチャ設計やファームウェア開発業務に携わる．2020年にリベラルロジック株式会社を設立．

著書

1. ［VOD/KIT］ARM Cortex-A9＆FPGA内蔵SoC Zynqで初体験！オリジナル・プロセッサ開発入門，ZEPエンジニアリング株式会社．
2. アプリはスクリプトで柔軟に！マイコン用MicroPythonプログラミング，Interface 2016年10月号，CQ出版社．
3. シンプル・便利・基本的！フリー・ソフトで高品質プログラミング，Interface 2015年11月号，CQ出版社．
4. 音遊び!Blackfin DSP基板でディジタル信号処理初体験，Interface 2015年2月号，CQ出版社．
5. ROM 10Kバイト/RAM 1Kバイトでヒストリ機能付き! コマンド入力ライブラリNT-Shell，Interface 2013年1月号，CQ出版社．
6. SDメモリーカード対応のポータブルFPGA書き込み器，トランジスタ技術2011年9月号，CQ出版社．
7. 世界温度計 コラム イーサネット通信用のライブラリが充実，トランジスタ技術2011年5月号，CQ出版社．

参考文献

1. FPGA/Zynqで作るカスタム・コンピュータ・チップ，ZEPエンジニアリング株式会社．
2. Zynq FPGA入門 コンピュータ・チップの自作，ZEPエンジニアリング株式会社．
3. Zynq FPGA入門 自作回路とCPUの通信，ZEPエンジニアリング株式会社．
4. Zynq FPGA入門 独自のコンピュータ・チップ，ZEPエンジニアリング株式会社．
5. Zynq FPGA入門 2つのチップ内CPU構成法，ZEPエンジニアリング株式会社．
6. Zynq FPGA入門 各社FPGAと利用できるCPU，ZEPエンジニアリング株式会社．
7. Lチカ入門！ソフトウェア屋のためのHDL事はじめ，ZEPエンジニアリング株式会社．
8. HDL超入門！スイッチ読み取り回路とLED駆動回路のHDLソースコード，ZEPエンジニアリング株式会社．
9. 超入門！スイッチ読み取り回路とLED駆動回路のHDLソースコード，ZEPエンジニアリング株式会社．
10. FPGAキット DE10入門 PWM信号生成回路IP，ZEPエンジニアリング株式会社．
11. FPGAキット DE10入門 論理合成前の動作確認，ZEPエンジニアリング株式会社．
12. FPGAキット DE10入門 正しく動かない乗算器，ZEPエンジニアリング株式会社．
13. Artix-7 FPGA入門 A-D変換回路の実験，ZEPエンジニアリング株式会社．
14. FPGA×HDL超入門 2種類のリセット回路，ZEPエンジニアリング株式会社．
15. FPGA×HDL超入門 2種類のリセット回路，ZEPエンジニアリング株式会社．
16. FPGA×HDL入門 レジスタの同期運転，ZEPエンジニアリング株式会社．
17. FPGA×HDL超入門 4桁の7segLED制御，ZEPエンジニアリング株式会社．
18. Xilinx FPGA入門 回路バイナリの合成，ZEPエンジニアリング株式会社．
19. Xilinx FPGA入門3　重要な2つのファイル，ZEPエンジニアリング株式会社．
20. Xilinx FPGA入門2　回路データ・バイナリを転送，ZEPエンジニアリング株式会社．
21. Xilinx FPGA入門1　スイッチONでLED点灯，ZEPエンジニアリング株式会社．
22. FPGA入門 演算回路の動作テスト
23. 自作CPU入門：コンピュータの頭脳を理解する，ZEPエンジニアリング株式会社．
24. 自作CPU入門2：部品どうしをつなぐ「バス」，ZEPエンジニアリング株式会社．