【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】DFZU2EG_4EV MPSoC之嵌入式Vitis开发指南第六章自定义IP核-呼吸灯实验

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我是靠谱客的博主糟糕鞋子，最近开发中收集的这篇文章主要介绍【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】DFZU2EG_4EV MPSoC之嵌入式Vitis开发指南第六章自定义IP核-呼吸灯实验，觉得挺不错的，现在分享给大家，希望可以做个参考。

概述

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错误!未找到引用源。所示：
在这里插入图片描述

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：
在这里插入图片描述

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，如错误!未找到引用源。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。
在这里插入图片描述

图 6.3.2自定义IP核向导界面
在这里插入图片描述

图 6.3.3 IP设置选项
点击“Finish”完成工程的创建。
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”。如错误!未找到引用源。4 和错误!未找到引用源。5所示：
在这里插入图片描述

图 6.3.4选择创建和封装IP向导
在这里插入图片描述

图 6.3.5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：
在这里插入图片描述

图 6.3.6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：
在这里插入图片描述

图 6.3.7 IP参数设置
1-6 接下来对AXI接口进行设置。
在这里插入图片描述

图 6.3.8 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：
在这里插入图片描述

图 6.3.9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”，如错误!未找到引用源。10所示：
在这里插入图片描述

图 6.3.10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6.3.11和图6.3.12所示：
在这里插入图片描述

图 6.3.11打开编辑IP核界面
在这里插入图片描述

图 6.3.12设置工程名和路径
此时会打开一个新的工程，如图6.3.13所示：
在这里插入图片描述

图 6.3.13编辑IP核界面
1-9 双击breath_led_ip_v1_0，如下图所示：
在这里插入图片描述

图 6.3.14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：
parameter START_FREQ_STEP = 10’d100,
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：
output led,
添加完成后的代码如下图所示：
在这里插入图片描述

图 6.3.15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：
.START_FREQ_STEP(START_FREQ_STEP),
和
.led(led),
代码添加后，按下键盘键Ctrl+S保存。如下图所示：
在这里插入图片描述

图 6.3.16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：
在这里插入图片描述

图 6.3.17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6.3.18和图6.3.19所示：
在这里插入图片描述

图 6.3.18写寄存器数据部分代码
在这里插入图片描述

图 6.3.19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：
parameter START_FREQ_STEP = 10’d100,
在代码的第18行添加如下代码：
output led,
添加完成后的代码如下图所示：
在这里插入图片描述

图 6.3.20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：

    breath_led #(
        .START_FREQ_STEP(START_FREQ_STEP)
    )
    u_breath_led(
        .sys_clk          (S_AXI_ACLK),
        .sys_rst_n        (S_AXI_ARESETN),
        .sw_ctrl          (slv_reg0[0]),
        .set_en           (slv_reg1[31]),
        .set_freq_step    (slv_reg1[9:0]),
        .led              (led)
);

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：
在这里插入图片描述

图 6.3.21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6.3.22和图6.3.23所示：
在这里插入图片描述

图 6.3.22添加设计文件
在这里插入图片描述

图 6.3.23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6.3.24和图6.3.25所示：
在这里插入图片描述

图 6.3.24创建一个新的设计文件
在这里插入图片描述

图 6.3.25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：
在这里插入图片描述

图 6.3.26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：
在这里插入图片描述

图 6.3.27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  module breath_led(
2      input          sys_clk        , //时钟信号
3      input          sys_rst_n      , //复位信号
4      input          sw_ctrl        , //呼吸灯开关控制信号 1：亮 0:灭
5      input          set_en         , //设置呼吸灯频率设置使能信号
6      input   [9:0]  set_freq_step  , //设置呼吸灯频率变化步长
7      
8      output         led              //LED
9  );
10 
11 //*****************************************************
12 //**                  main code
13 //*****************************************************
14 
15 //parameter define
16 parameter  START_FREQ_STEP = 10'd100; //设置频率步长初始值
17 
18 //reg define
19 reg  [15:0]  period_cnt  ;      //周期计数器
20 reg  [9:0]   freq_step   ;      //呼吸灯频率间隔步长
21 reg  [15:0]  duty_cycle  ;      //设置高电平占空比的计数点
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                                 //为1时表示占空比递减,为0时表示占空比递增
24 //wire define
25 wire         led_t       ;
26 
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 assign led_t = ( period_cnt <= duty_cycle ) ? 1'b1 : 1'b0 ;
29 assign led = led_t & sw_ctrl;
30 
31 //周期信号计数器在0-50_000之间计数
32 always @ (posedge sys_clk) begin
33     if (!sys_rst_n)
34         period_cnt <= 16'd0;
35     else if(!sw_ctrl)
36         period_cnt <= 16'd0;
37     else if( period_cnt == 16'd50_000 )
38         period_cnt <= 16'd0;
39     else
40         period_cnt <= period_cnt + 16'd1;
41 end
42 
43 //设置频率间隔
44 always @(posedge sys_clk) begin
45     if(!sys_rst_n)
46         freq_step <= START_FREQ_STEP;
47     else if(set_en) begin
48         if(set_freq_step == 0)
49             freq_step <= 10'd1;
50         else if(set_freq_step >= 10'd1_000)
51             freq_step <= 10'd1_000;
52         else    
53             freq_step <= set_freq_step;
54     end        
55 end
56 
57 //设定高电平占空比的计数值
58 always @(posedge sys_clk) begin
59     if (sys_rst_n == 1'b0) begin
60         duty_cycle <= 16'd0;
61         inc_dec_flag <= 1'b0;
62     end     
63     else if(!sw_ctrl) begin          //呼吸灯开关关闭时，信号清零
64         duty_cycle <= 16'd0;
65         inc_dec_flag <= 1'b0;
66     end    
67     //每次计数完了一个周期，就调节占空比计数值
68     else if( period_cnt == 16'd50_000 ) begin
69         if( inc_dec_flag ) begin  //占空比递减
70             if( duty_cycle == 16'd0 )     
71                 inc_dec_flag <= 1'b0;
72             else if(duty_cycle < freq_step)
73                 duty_cycle <= 16'd0;
74             else    
75                 duty_cycle <= duty_cycle - freq_step;
76         end
77         else begin  //占空比递增
78             if( duty_cycle >= 16'd50_000 )  
79                 inc_dec_flag <= 1'b1;
80             else
81                 duty_cycle <= duty_cycle + freq_step;
82         end 
83     end 
84     else  //未计数完一个周期时，占空比保持不变
85         duty_cycle <= duty_cycle ;
86 end
87   
88 endmodule

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：
在这里插入图片描述

图 6.3.28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：
在这里插入图片描述

图 6.3.29打开Package IP界面
在这里插入图片描述

图 6.3.30 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6.3.31中Categories选项下的“+”按钮来修改IP的分类，这里不做修改。
在这里插入图片描述

图 6.3.31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：
在这里插入图片描述

图 6.3.32“Compatibility界面”
这里勾选“zynq”和“zynquplus”两项，表示该IP核支持ZYNQ和ZYNQ MPSOC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”。
在这里插入图片描述

图 6.3.33选择支持的器件
1-16 点击File Groups，然后点击界面上的“Merge Changes from File Groups Wizard”，如下图所示：
在这里插入图片描述

图 6.3.34 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：
在这里插入图片描述

图 6.3.35 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6.3.36所示：
在这里插入图片描述

图 6.3.36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：
在这里插入图片描述

图 6.3.37参数设置
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：
在这里插入图片描述

图 6.3.38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：
在这里插入图片描述

图 6.3.39 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：
在这里插入图片描述

图 6.3.40关闭工程询问界面
IP核封装完成后，在IP核所在路径（…custom_ipip_repobreath_led_ip_1.0driversbreath_led_ip_v1_0src）目录下，Vivado软件会自动生成.c和.h文件，方便在VITIS软件中对IP核进行操作，如下图所示：
在这里插入图片描述

图 6.3.41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：
在这里插入图片描述

图 6.3.42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：
在这里插入图片描述

图 6.3.43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：
在这里插入图片描述

图 6.3.44 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：
在这里插入图片描述

图 6.3.45 添加IP核
最后点击“OK”按钮，完成IP核的添加，如下图所示：
在这里插入图片描述

图 6.3.46 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，这里使用默认的“design_1”。
3-2在Diagram窗口中给设计添加 IP。点击图中加号“+”，会打开IP目录（IP Catalog）。在搜索栏中键入“zynq”，找到并双击“ZYNQ Ultrascale+ MPSoC”，将MPSOC处理系统IP添加到设计中，如下图所示：
在这里插入图片描述

图 6.3.47 添加MPSOC IP核
3-3 添加完成后，ZYNQ Ultrascale+ MPSoC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pl_clk0、pl_resetn0、maxihpm0_lpd_aclk和 M_AXI_HPM0_LPD接口，只是添加了UART控制器（MIO42和MIO43），修改Bank电压和修改DDR4控制器，其它保持默认。配置完成后，框图如下图所示：
在这里插入图片描述

图 6.3.48 MPSOC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：
在这里插入图片描述

图 6.3.49 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：
在这里插入图片描述

图 6.3.50 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，在弹出的窗口中勾选All Automation，然后点击OK，连线完成后如图6.3.51所示：
在这里插入图片描述

图 6.3.51 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6.3.52所示：
在这里插入图片描述

图 6.3.52 添加LED引脚
将引出的led_0改为led，如图6.3.53所示：
在这里插入图片描述

图 6.3.53 修改引脚名称
点击“Regenerate Layout”图标，最终原理图界面如图6.3.54所示，按“Ctrl + S”保存。
在这里插入图片描述

图 6.3.54 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design_1.bd，这就是我们刚刚完成的Block Design设计。右键点击design_1.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design_1.bd，在弹出的菜单栏中选择“Create HDL Wrapper”。
step5：生成Bitstream文件并导出Hardware
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：
在这里插入图片描述

图 6.3.55 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BANK43的AE10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6.3.56所示：
在这里插入图片描述

图 6.3.56 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6.3.57所示：
在这里插入图片描述

图 6.3.57 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：
在这里插入图片描述

图 6.3.58 勾选“Include bitstream”
5-5 新建vitis文件夹，将xsa文件拷贝到里面。
5-6选择菜单 Tools->Launch Vitis。在弹出的界面中，指定路径到…custom_ipuser_ledvitis下，点击“Launch”，打开Vitis软件。
6.4软件设计
在硬件设计的最后，我们打开了Vitis开发环境。
step6：在Vitis中创建应用工程
6-1 在菜单栏中选择File->New->Application Project，新建一个应用工程。
6-2 在弹出的界面中工程名命名为user_led，点击“NEXT”，添加硬件平台文件，然后点击“NEXT”，在弹出的页面中保持默认设置，然后点击“NEXT”，接下来选择“Empty Application”，点击“Finish”按钮完成Vitis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：
在这里插入图片描述

图 6.4.1 新建源文件
在弹出的对话框中File name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  #include "stdio.h"
2  #include "xparameters.h"
3  #include "xil_printf.h"
4  #include "breath_led_ip.h"
5  #include "xil_io.h"
6  #include "sleep.h"
7  
8  #define  LED_IP_BASEADDR   XPAR_BREATH_LED_IP_0_S0_AXI_BASEADDR  //LED IP基地址
9  #define  LED_IP_REG0       BREATH_LED_IP_S0_AXI_SLV_REG0_OFFSET  //LED IP寄存器地址0
10 #define  LED_IP_REG1       BREATH_LED_IP_S0_AXI_SLV_REG1_OFFSET  //LED IP寄存器地址1
11 
12 //main函数
13 int main()
14 {
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  int led_state;      //定义LED灯的状态
17 
18  xil_printf("LED User IP Test!nr");
19  while(1){
20      //根据freq_flag的标志位,切换呼吸灯的频率
21      if(freq_flag == 0){
22       BREATH_LED_IP_mWriteReg(LED_IP_BASEADDR,LED_IP_REG1,0x800000ef);
23          freq_flag = 1;
24      }
25      else{
26       BREATH_LED_IP_mWriteReg(LED_IP_BASEADDR,LED_IP_REG1,0x8000002f);
27          freq_flag = 0;
28      }
29      //获取LED当前开关状态   1:打开  0:关闭
30      led_state = BREATH_LED_IP_mReadReg(LED_IP_BASEADDR,LED_IP_REG0);
31      //如果开关关闭,打开呼吸灯
32      if(led_state == 0){
33       BREATH_LED_IP_mWriteReg (LED_IP_BASEADDR, LED_IP_REG0, 1);
34          xil_printf("Breath LED ONnr");
35      }
36      sleep(5);
37      //获取LED当前开关状态   1:打开  0:关闭
38      led_state = BREATH_LED_IP_mReadReg(LED_IP_BASEADDR,LED_IP_REG0);
39      //如果开关打开,关闭呼吸灯
40      if(led_state == 1){
41       BREATH_LED_IP_mWriteReg (LED_IP_BASEADDR, LED_IP_REG0, 0);
42          xil_printf("Breath LED OFFnr");
43      }
44      sleep(1);
45  }
46 }
47

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Vitis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，在Vitis中添加导出的硬件平台文件后，自定义IP核的库函数也会导入进来，而这个库函数是在自定义IP核时，由Vivado软件自动生成的，如图 6.4.2所示：
在这里插入图片描述

图 6.4.2 Breath LED IP库函数
保存main.c文件，然后编译工程。软件设计部分到这里就完成了。
6.5下载验证
首先我们将下载器与开发板上的JTAG接口连接，下载器另外一端与电脑连接。然后使用USB连接线将USB_UART(开发板右上角PS PORT)接口与电脑连接，用于串口通信。最后连接开发板的电源，给开发板上电。
step7：板级验证
7-1 打开Vitis Terminal终端，设置并连接串口。
7-2下载程序。在应用工程user_led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Terminal中可以看到应用程序打印的信息，如下图所示：
在这里插入图片描述