转接板上自带了一块LCD 屏幕，受IO资源限制，屏幕的接口使用了占用线序比较少的SPI接口，本文将通过ZYNQ的PS资源去点亮这个液晶屏幕
之前ZYNQ和紫色板子硬件SPI 存在的兼容性问题已经解决，以下工程可以直接调试使用 20220504
由于扩展板上的CS脚并未引出（屏幕厂家之前的demo没有引出） ，导致和ZYNQ 硬件SPI有些冲突，长时间待机SPI状态下， 屏幕会出现死机不能操作的情况，怀疑是和ZYNQ 释放了SPI总线有关，所以后面点亮屏幕改成用IO模拟的方式去点亮屏幕， 具体内容可以看第十个工程http://www.hellofpga.com/index.php/2022/03/08/ps_lcd_io_spi/
另外网站里还提供了GPIO模拟SPI点屏的例程序，在第十二个工程
1.硬件介绍
转接板部分硬件LCD 接口如下图所示
BL 负责控制背光，高：屏幕点亮， 低：屏幕熄灭
SCL 时钟
SDA 数据
D/C 数据/命令指示
RES 屏幕复位
2.驱动思路
屏幕本身是连接到ZYNQ的PL资源上，点亮屏幕可以用纯fpga去驱动SPI的方式点亮，也可以用PS资源去点亮，为了方便演示，这里采用PS资源去实现
通过EMIO的方式 将PS部分硬件SPI资源映射到 ZYNQ的PL口上去点亮屏幕
3.创建工程
1）新建一个项目，芯片型号选择 XC7Z010CLG400-1
2) 创建一个BLOCK设计，并添加ZYNQ7 PROCESSING SYSTEM模块，软件自动生成了一个 zynq的block 如下图所示，接下来要做一些相应的设置，双击下图中的ZYNQ核
3）在ZYNQ中设置时钟功能：
找到 设置项目中的 Clock Configuration 选项， 在PL Fabric Clocks 设置自己需要的时钟频率，这里一共有4种频率可以设置 类似于我们的PLL功能。这里我们设置50M时钟
4）在zynq中设置DDR功能：
依次在弹窗里找到DDR Configuration→DDR Controller Configuration→DDR3，在Memory Part下拉菜单中根据自己板子上的DDR来选择相应的DDR3，本实验所用到型号：MT41K128M16JT 125，数据位宽选择16bit 最后点击“OK”,如下图所示。
5)在ZYNQ中配置SPI功能
因为屏幕的接口是连接到ZYNQ的PL口上，所以这里我们调用EMIO的SPI功能（即使用PS的SPI功能，但是内部连接映射到PL的GPIO口上）
MIO Configuration→SPI 0勾上 并选择EMIO
6）由于屏幕的驱动除了SPI外，还需要3个额外的GPIO口来分别控制背光BL ，复位RES和 D/C信号，所以这里增加三个GPIO口，这里GPIO资源选择EMIO GPIO 位宽Width选择3（因为是3个IO口）
5）完成上述操作后， 点击“Run Block Automation”如下图所示。在弹出的选项中保持默认，点击“OK”，即可完成对ZYNQ7 Processing System的配置，并用鼠标连接FCLK_CLK和 M_AXI_GP0_ACLK，得到下图
在上图中分别点击IO口进行以下操作：
右键GPIO_0选择Make External
右键SPI_0 选择Make External
6）source→Design Source ，右键我们创建的BLOCK工程，点击create HDL wrapper，打包BLOCK文件并生成.v代码
这时候我们可以看到软件的TOP层 的verilog文件,打开后观察管脚信号,如下图
圈内的几个管脚是我们之前定义的SPI 管脚,和GPIO管脚, 其中
其中spi_0_io0为 SPI的MISO信号, spi_0_io1_io 为MOSI信号 ,SCK 为SPI时钟信号, SS,SS1,SS2分别为三组SPI 的SN信号
GPIO_0_0为刚才定义的三个GPIO (控制屏幕的背光, 复位 和D/C用)
7) 精简屏幕没用到的SPI管脚(屏幕多数SPI管脚并没有使用到)
屏幕实际只用到了 SPI的数据SDA和时钟SCL两个信号, 所以SPI 我们只需要引出 MOSI (SDA) 和 SCK(SCL)即可
删除如下框图中的信号的位置 (输入输出定义,以及模块的信号定义两处) ,最后一行保留 “);” 容易倍误删
同样也需要删除两个内部 buf(否则 外部管脚不调用会报错)
8) 点击绿色箭头RUN 对代码进行编译
9) 点击RTL 中的SCHEMATIC , 并选择右边出现的 IO Ports 来增加SPI的管脚定义(这一步也可以在约束文件中定义, 可看之前的例子)
修改GPIO 管脚定义 和SPI管脚定义,如下图所示 ,修改后保存(如弹出 窗口需要,则在窗口中输入约束文件名,然后保存)
BL T20
D/C R18
SCL R19
SDA P20
RES N17
10) 生成bit文件 :按下Generate Bitstream 完成综合以及生成bit文件
5.SDK程序编写
1）File→Export→Export hardware…，在弹出的对话框中勾选“include bitstream”，点击“OK”确认，如下图所示。
2）File→Lauch SDK，在弹出的对话框中，保存默认，点击“OK”，如下图所示。
系统将自动打开SDK开发环境
3）新建一个工程 file→new→Application Project，来新建一个“Application Project”，如下图所示。
4）在新建工程名中输入自己的工程名称，点击NEXT
5)选择一个空工程,点击完成
6) 在空工程中创建我们自己的代码
展开我们创建的工程,在src目录上右键，选择New->Source File，如下图所示：
在弹出的窗口中创建一个main.c文件
6）书写自己的代码
6.1小贴士：
在初次写PS部分的代码时，如GPIO代码 和SPI代码，不知道怎么写的情况下，其实可以通过打开 BSP工程下的 system.mss文件， 然后在右边导入需要的参考例程， 然后将例程中自己需要的部分（如GPIO初始化，或者SPI的写和读代码COPY到自己工程的main函数中）
6.2定义GPIO部分
下面进入正题， 我们要点亮屏幕， 屏幕这里用了3个GPIO 都是用了ZYNQ PS端的EMIO资源， EMIO的GPIO资源是从54开始的， 所以我们根据FPGA管脚约束中的 GPIO 0-3 分别对应 EMIO的54-55-56，如下图对GPIO进行定义
#define EMIO_LCD_BL 54 #define EMIO_LCD_CD 55 #define EMIO_LCD_RES 56
接下来 简单介绍下GPIO的调用
a. GPIO的初始化
如下图所示，需要先定义一个XgpioPs 的结构体指针， 这个指针的内容包括gpio分配的ID和基地址，这些信息通常在xparameter.h头文件中， 可以通过使用XGpioPs_LookupConfig函数，它能够在配置信息中找到对应ID的配置信息
ConfigPtr=XGpioPs_LookupConfig(GPIO_DEVICE_ID); 就相当于把获得到的信息赋予给之前定义的ConfigPtr结构体
最终再用 XGpioPs_CfgInitialize 函数来初始化GPIO
void Lcd_Gpio_Init(void){
XGpioPs_Config *ConfigPtr;
ConfigPtr = XGpioPs_LookupConfig(GPIO_DEVICE_ID);
XGpioPs_CfgInitialize(&Gpio, ConfigPtr,ConfigPtr->BaseAddr);
XGpioPs_SetDirectionPin(&Gpio, EMIO_LCD_BL, 1);
XGpioPs_SetOutputEnablePin(&Gpio, EMIO_LCD_BL, 1);
XGpioPs_SetDirectionPin(&Gpio, EMIO_LCD_CD, 1);
XGpioPs_SetOutputEnablePin(&Gpio, EMIO_LCD_CD, 1);
XGpioPs_SetDirectionPin(&Gpio, EMIO_LCD_RES, 1);
XGpioPs_SetOutputEnablePin(&Gpio, EMIO_LCD_RES, 1);
XGpioPs_WritePin(&Gpio, EMIO_LCD_BL, 0);
XGpioPs_WritePin(&Gpio, EMIO_LCD_CD, 0);
XGpioPs_WritePin(&Gpio, EMIO_LCD_RES, 0);
}
b.GPIO的使用 （EMIO_LCD_BL为之前定义的 EMIO 54 的管脚）
XGpioPs_SetDirectionPin(&Gpio, EMIO_LCD_BL, 1);//设置成输出模式
XGpioPs_SetOutputEnablePin(&Gpio, EMIO_LCD_BL, 1);//打开输出使能
XGpioPs_WritePin(&Gpio, EMIO_LCD_BL, 0);// 0置低
XGpioPs_WritePin(&Gpio, EMIO_LCD_BL, 1);// 1拉高
6.3 SPI部分的定义 ，和GPIO类似 SPI也有初始化和使用两部分
a.SPI的初始化 和GPIO类似，也是定义了一个结构体，也同样通过 LookupConfig 来获得对应的硬件配置信息， 最终用 XSpiPs_CfgInitialize来完成初始化，值得注意的是程序当中 XSpiPs_SetClkPrescaler 函数是用来为SPI功能提供主时钟的分频用的，可以根据自己需要的速率选择分频参数
void Lcd_Spi_Init(){
XSpiPs_Config *SpiConfig;
SpiConfig = XSpiPs_LookupConfig(SPI_DEVICE_ID);
XSpiPs_CfgInitialize(&SpiInstance, SpiConfig,
SpiConfig->BaseAddress);
XSpiPs_SetOptions(&SpiInstance, XSPIPS_MASTER_OPTION |
XSPIPS_FORCE_SSELECT_OPTION);
XSpiPs_SetClkPrescaler(&SpiInstance,XSPIPS_CLK_PRESCALE_128);
}
b.传输 传输是用 XSpiPs_PolledTransfer 函数进行的， 其中 SendBufPtr 是发送的数据， RecvBufPtr 是接受的数据， ByteCount 可以定义我们的SPI 是8位 16位或者32位，下面是这个函数的定义
s32 XSpiPs_PolledTransfer(XSpiPs *InstancePtr, u8 *SendBufPtr,
u8 *RecvBufPtr, u32 ByteCount)
7）上面简单介绍了PS部分的GPIO和，SPI功能，接下来在main.c中 完善屏幕的代码， 将下面的完整代码复制到工程中
#include "xparameters.h"
#include "xgpiops.h"
#include "xstatus.h"
#include "xplatform_info.h"
#include "xspips.h"
#include <xil_printf.h>
#define WHITE 0xFFFF
#define BLACK 0x0000
#define BLUE 0x001F
#define BRED 0XF81F
#define GRED 0XFFE0
#define GBLUE 0X07FF
#define RED 0xF800
#define MAGENTA 0xF81F
#define GREEN 0x07E0
#define CYAN 0x7FFF
#define YELLOW 0xFFE0
#define BROWN 0XBC40
#define BRRED 0XFC07
#define GRAY 0X8430
#define EMIO_LCD_BL 54
#define EMIO_LCD_CD 55
#define EMIO_LCD_RES 56
#define GPIO_DEVICE_ID XPAR_XGPIOPS_0_DEVICE_ID
#define SPI_DEVICE_ID XPAR_XSPIPS_0_DEVICE_ID
XGpioPs Gpio; /* The driver instance for GPIO Device. */
static XSpiPs SpiInstance;
void Lcd_Gpio_Init(void){
XGpioPs_Config *ConfigPtr;
ConfigPtr = XGpioPs_LookupConfig(GPIO_DEVICE_ID);
XGpioPs_CfgInitialize(&Gpio, ConfigPtr,ConfigPtr->BaseAddr);
XGpioPs_SetDirectionPin(&Gpio, EMIO_LCD_BL, 1);
XGpioPs_SetOutputEnablePin(&Gpio, EMIO_LCD_BL, 1);
XGpioPs_SetDirectionPin(&Gpio, EMIO_LCD_CD, 1);
XGpioPs_SetOutputEnablePin(&Gpio, EMIO_LCD_CD, 1);
XGpioPs_SetDirectionPin(&Gpio, EMIO_LCD_RES, 1);
XGpioPs_SetOutputEnablePin(&Gpio, EMIO_LCD_RES, 1);
XGpioPs_WritePin(&Gpio, EMIO_LCD_BL, 0);
XGpioPs_WritePin(&Gpio, EMIO_LCD_CD, 0);
XGpioPs_WritePin(&Gpio, EMIO_LCD_RES, 0);
}
void Lcd_Spi_Init(){
XSpiPs_Config *SpiConfig;
SpiConfig = XSpiPs_LookupConfig(SPI_DEVICE_ID);
XSpiPs_CfgInitialize(&SpiInstance, SpiConfig,
SpiConfig->BaseAddress);
XSpiPs_SetOptions(&SpiInstance, XSPIPS_MASTER_OPTION|
XSPIPS_CLK_ACTIVE_LOW_OPTION| XSPIPS_FORCE_SSELECT_OPTION);
XSpiPs_SetClkPrescaler(&SpiInstance, XSPIPS_CLK_PRESCALE_64);
}
void delay(unsigned char i){
volatile int Delay;
volatile int k;
for(k=0;k<i;k++)
for (Delay = 0; Delay < 10000; Delay++);
}
void LCD_WR_DATA8(u8 dat){
XGpioPs_WritePin(&Gpio, EMIO_LCD_CD, 1);
XSpiPs_PolledTransfer(&SpiInstance, &dat, NULL, 1);
}
void LCD_WR_REG(u8 dat){
XGpioPs_WritePin(&Gpio, EMIO_LCD_CD, 0);
XSpiPs_PolledTransfer(&SpiInstance, &dat, NULL, 1);
}
void Lcd_Init(void){
XGpioPs_WritePin(&Gpio, EMIO_LCD_RES, 0);
delay(10);
XGpioPs_WritePin(&Gpio, EMIO_LCD_RES, 1);
delay(10);
LCD_WR_REG(0x36);
LCD_WR_DATA8(0x00);
LCD_WR_REG(0x3A);
LCD_WR_DATA8(0x05);
LCD_WR_REG(0xB2);
LCD_WR_DATA8(0x0C);
LCD_WR_DATA8(0x0C);
LCD_WR_DATA8(0x00);
LCD_WR_DATA8(0x33);
LCD_WR_DATA8(0x33);
LCD_WR_REG(0xB7);
LCD_WR_DATA8(0x35);
LCD_WR_REG(0xBB);
LCD_WR_DATA8(0x19);
LCD_WR_REG(0xC0);
LCD_WR_DATA8(0x2C);
LCD_WR_REG(0xC2);
LCD_WR_DATA8(0x01);
LCD_WR_REG(0xC3);
LCD_WR_DATA8(0x12);
LCD_WR_REG(0xC4);
LCD_WR_DATA8(0x20);
LCD_WR_REG(0xC6);
LCD_WR_DATA8(0x0F);
LCD_WR_REG(0xD0);
LCD_WR_DATA8(0xA4);
LCD_WR_DATA8(0xA1);
LCD_WR_REG(0xE0);
LCD_WR_DATA8(0xD0);
LCD_WR_DATA8(0x04);
LCD_WR_DATA8(0x0D);
LCD_WR_DATA8(0x11);
LCD_WR_DATA8(0x13);
LCD_WR_DATA8(0x2B);
LCD_WR_DATA8(0x3F);
LCD_WR_DATA8(0x54);
LCD_WR_DATA8(0x4C);
LCD_WR_DATA8(0x18);
LCD_WR_DATA8(0x0D);
LCD_WR_DATA8(0x0B);
LCD_WR_DATA8(0x1F);
LCD_WR_DATA8(0x23);
LCD_WR_REG(0xE1);
LCD_WR_DATA8(0xD0);
LCD_WR_DATA8(0x04);
LCD_WR_DATA8(0x0C);
LCD_WR_DATA8(0x11);
LCD_WR_DATA8(0x13);
LCD_WR_DATA8(0x2C);
LCD_WR_DATA8(0x3F);
LCD_WR_DATA8(0x44);
LCD_WR_DATA8(0x51);
LCD_WR_DATA8(0x2F);
LCD_WR_DATA8(0x1F);
LCD_WR_DATA8(0x1F);
LCD_WR_DATA8(0x20);
LCD_WR_DATA8(0x23);
LCD_WR_REG(0x21);
LCD_WR_REG(0x11);
LCD_WR_REG(0x29);
XGpioPs_WritePin(&Gpio, EMIO_LCD_BL, 1);
}
void LCD_WR_DATA(u16 dat)
{
u8 spi_dat[2];
XGpioPs_WritePin(&Gpio, EMIO_LCD_CD, 1);
spi_dat[0]=dat>>8;
spi_dat[1]=dat;
XSpiPs_PolledTransfer(&SpiInstance, spi_dat, NULL, 2);
}
void Address_set(unsigned int x1,unsigned int y1,unsigned int x2,unsigned int y2)
{
LCD_WR_REG(0x2a);
LCD_WR_DATA8(x1>>8);
LCD_WR_DATA8(x1);
LCD_WR_DATA8(x2>>8);
LCD_WR_DATA8(x2);
LCD_WR_REG(0x2b);
LCD_WR_DATA8(y1>>8);
LCD_WR_DATA8(y1);
LCD_WR_DATA8(y2>>8);
LCD_WR_DATA8(y2);
LCD_WR_REG(0x2C);
}
void LCD_Test()
{
unsigned int i,j;
Address_set(0,0,240-1,240-1);
for(i=0;i<240;i++){
if(i>=0&&i<60)
for (j=0;j<240;j++)LCD_WR_DATA(WHITE);
else if(i>=60&&i<120)
for (j=0;j<240;j++)LCD_WR_DATA(RED);
else if(i>=120&&i<180)
for (j=0;j<240;j++)LCD_WR_DATA(GREEN);
else if(i>=180&&i<240)
for (j=0;j<240;j++)LCD_WR_DATA(BLUE);
}
}
int main(void)
{
Lcd_Gpio_Init();
Lcd_Spi_Init();
Lcd_Init();
LCD_Test();
while(1);
return XST_SUCCESS;
}
8）用之前生成的二进制文件对FPGA进行编程，Xilinx Tools -> Program FPGA 然后点击 “Program”
9）当FPGA编程成功后，我们需要初始化zynq中的处理器，右键点击刚才创建的空工程，选择Run As -> Launch on Hardware (System Debugger) 或者 Launch on Hardware (GDB).
经过上述操作，屏幕就被成功点亮了， 正常显示 4色彩条纹，如下图所示
代码解释
以上是完整的工程图文创建过程， 除了上面提到的GPIO和 SPI部分的代码外，下面简单介绍下 工程中的其余的一些函数代码
1）关于颜色
屏幕本身是16色 也就是RGB565的颜色驱动方式 ，所以这里可以用 16字节来定义不同的颜色，如程序中的红绿蓝白，以及下面标注的其他颜色， 当然也可以根据RGB的颜色组合来合成自己需要的颜色
#define WHITE 0xFFFF #define BLACK 0x0000 #define BLUE 0x001F #define BRED 0XF81F #define GRED 0XFFE0 #define GBLUE 0X07FF #define RED 0xF800 #define MAGENTA 0xF81F #define GREEN 0x07E0 #define CYAN 0x7FFF #define YELLOW 0xFFE0 #define BROWN 0XBC40 #define BRRED 0XFC07 #define GRAY 0X8430
2)关于彩色条纹 ，如下代码，0-60行显示白色，60-120显示红色，120-180显示绿色，180-240显示蓝色
Address_set(0,0,240-1,240-1); 相当于是定义一块矩形区域，0，0，240，240分别是这个矩形的四个坐标点（这里涵盖了整个屏幕的空间，也可以自定义部分区域，详细看屏幕手册）
void LCD_Test()
{
unsigned int i,j;
Address_set(0,0,240-1,240-1);
for(i=0;i<240;i++){
if(i>=0&&i<60)
for (j=0;j<240;j++)LCD_WR_DATA(WHITE);
else if(i>=60&&i<120)
for (j=0;j<240;j++)LCD_WR_DATA(RED);
else if(i>=120&&i<180)
for (j=0;j<240;j++)LCD_WR_DATA(GREEN);
else if(i>=180&&i<240)
for (j=0;j<240;j++)LCD_WR_DATA(BLUE);
}
}
最后介绍main 函数，其实特别简单，包括GPIO的初始化，SPI的初始化， 以及屏幕的初始化（屏幕内部寄存器的配置 配置信息由厂家直接提供），以及屏幕测试函数的调用
int main(void)
{
Lcd_Gpio_Init();
Lcd_Spi_Init();
Lcd_Init();
LCD_Test();
while(1);
return XST_SUCCESS;
}
以下附件为 本页内容的完整工程（代码中已经解决之前的兼容性问题）
PS 原先测试过程中， ZYNQ 的SPI总感觉和LCD屏不太兼容，最后经过别人的提醒，发现是SPI初始化的时候 有点问题， 增加下面这行代码就可以了
