--本篇由Mr_Don版主撰写
俗话说柿子拣软的捏: )。我也抖胆放一篇NiosII Step by Step，给大家讲讲PIO。这只是我个人的理解，如果写得有什么问题或不足，欢迎大家跟帖指正交流。
PIO（Parallel Input/Output）是SOPCBuilder里面一个最常用的IP之一，而且相对简单，容易上手使用。个人感觉PIO可类比于单片机的GPIO管脚，用于用户自己定义的外设操作。一般来说，我们在SOPC系统中用PIO主要是因为方便，因为FPGA的管脚越来越多，内部逻辑资源越来越多，所以设计时几乎不用担心管脚的数目或者逻辑资源是否不够；相比之下单片机的GPIO可能会让用户感到数目不够，有时不够方便。所以在SOPC系统我们可以同时用很多使用PIO接口的设备。大体来说，这些设备主要分输入和输出两类：
输入类：按钮，自定义键盘等
输出类：LED，LCD定义接口连线等
标准件：如pwm步进电机等
如上图所示，在Nios/NiosII系统中，PIO接口IP可用于输入、输出、以及双向口三种类型。另外，SOPCBuilder中的PIO还支持中断检测。不过中断检测及处理只在其作为输入设备时可用。如果是用PIO连接一个输出设备（例如LED），则系统自动禁止中断。
这里只举一个button_pio（4位）作为输入接口的例子，如下图：
可以看到，作为输入接口时，另外两个标签项也可选，先看看第二个标签项（作输出接口时另外两个标签选项是自动禁止的）：
Edge Capture Register下面的三个选项是指捕获输入动作时是检测哪一种，用户可以选择只检测上升沿（Rising Edge），这样PIO内部的Edge Capture Register只在有上升沿动作时接收数据。同样道理，另外的两个选项一看便知。对于Button，我们一般倾向于选双向沿均可监测到数据变化。
下面的Interrupt选项是指用户选择以什么方式作为中断的输入，一种是电平变化产生中断，一种是沿的变化产生中断。第一种方式只有在输入由低电平变化为高电平时才有效（不过用户可以根据需要，在做好的Nios模块外面的相应管脚上加上非门，使之由高电平变电平时生效）；第二种方式只有当Edge Capture Register位是1（高电平）时才有用。
再来看一看第三个标签下面的东东：
这个标签下面的东西是用于仿真的。例如如果我们在测试输入设备时想给他一个激励，这里我用的是0x0001。什么意思呢？即表示最低位的button位为高电平1。如果我用的激励数据是0x0003，这又是什么意思呢？聪明的你一定会发现这表示激励使低两位的button位为1，呵呵。
下面我们来分析一个SOPCBuilder生成的HDL文件：
module led_pio (
// inputs:
address,
chipselect,
clk,
reset_n,
write_n,
writedata,
// outputs:
out_port
);
output [ 3: 0] out_port;
input [ 1: 0] address;
input chipselect;
input clk;
input reset_n;
input write_n;
input [ 3: 0] writedata;
wire clk_en;
reg [ 3: 0] data_out;
wire [ 3: 0] out_port;
assign clk_en = 1;
//s1, which is an e_avalon_slave
always @(posedge clk or negedge reset_n)
begin
if (reset_n == 0)
data_out <= 0;
else if (chipselect && ~write_n && (address = = 0))
data_out <= writedata[3 : 0];
end
assign out_port = data_out;
endmodule
你一定立刻注意到这段描述的输入端口怎么有点似曾相识？没错，avalon总线的要求就是这样！回忆一下在SOPCBuilder下加入用户自定义逻辑的要求是不是必须得有这几个端口？呵呵。上面的代码并不难看懂，大家可以看到led_pio是如何被avalon总线驱动的。
关于PIO的软件编程，NiosII的IDE的样板工程里有很多程序可以参考，这里我就不赘述了，只是还想捎带介绍一下altera_avalon_pio_regs.h和另外一个细节。
这个头文件比较奇怪，它和其它设备的驱动文件独立开来，专门控制PIO设备。所以一定要记住在你对PIO外设进行编程时一定要包含这个头文件，否则会出错。
include <io.h>
#define IOADDR_ALTERA_AVALON_PIO_DATA(base) __IO_CALC_ADDRESS_NATIVE(base, 0)
#define IORD_ALTERA_AVALON_PIO_DATA(base) IORD(base, 0)
#define IOWR_ALTERA_AVALON_PIO_DATA(base, data) IOWR(base, 0, data)
#define IOADDR_ALTERA_AVALON_PIO_DIRECTION(base) __IO_CALC_ADDRESS_NATIVE(base, 1)
#define IORD_ALTERA_AVALON_PIO_DIRECTION(base) IORD(base, 1)
#define IOWR_ALTERA_AVALON_PIO_DIRECTION(base, data) IOWR(base, 1, data)
#define IOADDR_ALTERA_AVALON_PIO_IRQ_MASK(base) __IO_CALC_ADDRESS_NATIVE(base, 2)
#define IORD_ALTERA_AVALON_PIO_IRQ_MASK(base) IORD(base, 2)
#define IOWR_ALTERA_AVALON_PIO_IRQ_MASK(base, data) IOWR(base, 2, data)
#define IOADDR_ALTERA_AVALON_PIO_EDGE_CAP(base) __IO_CALC_ADDRESS_NATIVE(base, 3)
#define IORD_ALTERA_AVALON_PIO_EDGE_CAP(base) IORD(base, 3)
#define IOWR_ALTERA_AVALON_PIO_EDGE_CAP(base, data) IOWR(base, 3, data)
可以看出，这里主要有DATA、DIRECTION、IRQ_MASK、EDGE_CAP几个寄存器或位的宏定义，而你可以从SOPCBuilder生成的文件中找到相对应的硬件定义。这也说明了PIO实际上主要是由以上几个寄存器控制工作。因此，软件中只要对相应的寄存器针对基地址进行操作写入数据就可以了。
再来看看另一个值得注意的细节。我们可以从样板工程里发现类似于这样的语句：
volatile int edge_capture_button;
#ifdef BUTTON_PIO_BASE
void handle_button_interrupts(void* context, alt_u32 id)
{
volatile int* edge_capture_ptr = (volatile int*) context;
*edge_capture_ptr = IORD_ALTERA_AVALON_PIO_EDGE_CAP(BUTTON_PIO_BASE);
IOWR_ALTERA_AVALON_PIO_EDGE_CAP(BUTTON_PIO_BASE, 0);
}
void init_button_pio()
{
void* edge_capture_ptr = (void*) &edge_capture_button;
IOWR_ALTERA_AVALON_PIO_IRQ_MASK(BUTTON_PIO_BASE, 0xf);
IOWR_ALTERA_AVALON_PIO_EDGE_CAP(BUTTON_PIO_BASE, 0x0);
alt_irq_register( BUTTON_PIO_IRQ, edge_capture_ptr, handle_button_interrupts );
}
#endif
第一个函数是中断处理，这里暂不介绍。第二个函数是button的初始化函数。我们可以看到主要是三个步骤：将IRQ_MASK置为1（因为这个寄存器位在相应的硬件文件里要取and操作），EDGE_CAP则置为0，因为此时并没有输入设备的沿状态发生变化，因此表示按钮尚未按下；第三步则是中断注册，只要按照软件开发手册上说的去做就好了，不用在乎细节也是可以的，只要注册完毕，你的PIO外设就可以接收外部的输入啦，然后Nios会自动跳到相应的处理程序。
