ARM學(xué)習(xí)筆記－－GPIO接口

S3C2410共有117個(gè)I/O端口，共分為A~H共8組：GPA、GPB、...、GPH。S3C2440共有130個(gè)I/O端口，分為A~J共9組：GPA、GPB、...、GPJ。可以通過(guò)設(shè)置寄存器來(lái)確定某個(gè)引腳用于輸入、輸出還是其他特殊功能。比如：可以設(shè)置GPH6作為輸入、輸出、或者用于串口。

1 GPIO硬件介紹

1.1 通過(guò)寄存器來(lái)操作GPIO引腳

GPxCON用于選擇引腳功能，GPxDAT用于讀/寫(xiě)引腳數(shù)據(jù)；另外，GPxUP用于確定是否使用內(nèi)部上拉電阻。x為B、...、 H/J，沒(méi)有GPAUP寄存器。

1.1.1 GPxCON寄存器

從寄存器的名字可以看出，它用于配置（Configure）-選擇引腳功能。

PORTA與PORTB~PORT H/J在功能選擇方面有所不同，GPACON中每一位對(duì)應(yīng)一根引腳（共23根引腳）。當(dāng)某位被設(shè)為0時(shí)，相應(yīng)引腳為輸出引腳，此時(shí)我們可以在GPADAT 中相應(yīng)位寫(xiě)入0或是1讓此引腳為低電平或高電平；當(dāng)某位被設(shè)為1時(shí)，相應(yīng)引腳為地址線或用于地址控制，此時(shí)GPADAT無(wú)用。一般而言，GPACON通常被設(shè)為全1，以便訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器件。

PORT B~ PORT H/J在寄存器操作方面完全相同。GPxCON中每?jī)晌豢刂埔桓_：00表示輸入、01表示輸出、10表示特殊功能、11保留不用。

1.1.2 GPxDAT寄存器

GPxDAT用于讀/寫(xiě)引腳；當(dāng)引腳被設(shè)為輸入時(shí)，讀此寄存器可知相應(yīng)引腳的電平狀態(tài)是高還是低；當(dāng)引腳被設(shè)為輸出時(shí)，寫(xiě)此寄存器相應(yīng)位可以令此引腳輸出高電平或是低電平。

1.1.3 GPxUP寄存器

GPxUP：某位為1時(shí)，相應(yīng)引腳無(wú)內(nèi)部上拉電阻；為0時(shí)，相應(yīng)引腳使用內(nèi)部上拉電阻。

上拉電阻的作用在于：當(dāng)GPIO引腳處于第三態(tài)（即不是輸出高電平，也不是輸出低電平，而是呈高阻態(tài)，即相當(dāng)于沒(méi)接芯片）時(shí)，它的電平狀態(tài)由上拉電阻、下拉電阻確定。

1.2 訪問(wèn)硬件

1.2.1 訪問(wèn)單個(gè)引腳

單個(gè)引腳的操作無(wú)外乎3種：輸出高低電平、檢測(cè)引腳狀態(tài)、中斷。對(duì)某個(gè)引腳的操作一般通過(guò)讀、寫(xiě)寄存器來(lái)完成。

訪問(wèn)這些寄存器是通過(guò)軟件來(lái)讀寫(xiě)它們的地址。比如：S3C2410和S3C2440的GPBCON、GPBDAT寄存器地址都是0x56000010、0x56000014，可以通過(guò)如下的指令讓GPB5輸出低電平。

#define GPBCON (*volatile unsigned long *)0x56000010) //long=int 4字節(jié)；char 1字節(jié)；short 2字節(jié)

#define GPBDAT (*volatile unsigned long *)0x56000014)

#define GPB5_out (1<<(582))

GPBCON = GPB5_out;

GPBDAT &= ~(1<<5);

1.2.2 以總線方式訪問(wèn)硬件

并非只能通過(guò)寄存器才能發(fā)出硬件信號(hào)，實(shí)際上通過(guò)訪問(wèn)總線的方式控制硬件更為常見(jiàn)。如下圖所示S3C2410/S3C2440與NOR Flash的連線圖，讀寫(xiě)操作都是16位為單位。

圖中緩沖器的作用是以提搞驅(qū)動(dòng)能力、隔離前后級(jí)信號(hào)。NOR Flash（AM29LV800BB）的片選信號(hào)使用nGCS0信號(hào)，當(dāng)CPU發(fā)出的地址信號(hào)處于0x00000000~0x07FFFFFF之間時(shí)，nGCS0信號(hào)有效（為低電平），于是NOR Flash被選中。這時(shí)，CPU發(fā)出的地址信號(hào)傳到NOR Flash；進(jìn)行寫(xiě)操作時(shí)，nWE信號(hào)為低，數(shù)據(jù)信號(hào)從CPU發(fā)給NOR Flash；進(jìn)行讀操作時(shí)，nWE信號(hào)為高，數(shù)據(jù)信號(hào)從NOR Flash發(fā)給CPU。

ADDR1~ADDR20 ------------------> >--------------------A0~A19

DATA0~DATA15 <-----------------> <------------------->D0~D15

nOE ------------------> -------------------->nOE

nWE ------------------> -------------------->nWE

nGCS0 ------------------> -------------------->nCE

S3C2410/S3C2440 緩沖器 NOR Flash（AM29LV800BB）

軟件如何發(fā)起寫(xiě)操作呢，下面有幾個(gè)例子的代碼進(jìn)行講解。

1）地址對(duì)齊的16位讀操作

unsigned short *pwAddr = (unsigned short *)0x2;

unsigned short uwVal;

uwVal = *pwAddr;

上述代碼會(huì)向NOR Flash發(fā)起讀操作：CPU發(fā)出的讀地址為0x2，則地址總線ADDR1~ADDR20、A0~A19的信號(hào)都是1、0...、0（CPU的ADDR0 為0，不過(guò)ADDR0沒(méi)有接到NOR Flash上）。NOR Flash的地址就是0x1，NOR Flash在稍后的時(shí)間里將地址上的16位數(shù)據(jù)取出，并通過(guò)數(shù)據(jù)總線D0~D15發(fā)給CPU。

2）地址位不對(duì)齊的16位讀操作

unsigned short *pwAddr = (unsigned short *)0x1;

unsigned short uwVal;

uwVal = *pwAddr;

由于地址是0x1，不是2對(duì)齊的，但是BANK0的位寬被設(shè)為16，這將導(dǎo)致異常。我們可以設(shè)置異常處理函數(shù)來(lái)處理這種情況。在異常處理函數(shù)中，使用 0x0、0x2發(fā)起兩次讀操作，然后將兩個(gè)結(jié)果組合起來(lái)：使用地址0x0的兩字節(jié)數(shù)據(jù)D0、D1；再使用地址0x02讀到D2、D3；最后，D1、D2組合成一個(gè)16位的數(shù)字返回給wVal。如果沒(méi)有地址不對(duì)齊的異常處理函數(shù)，那么上述代碼將會(huì)出錯(cuò)。如果某個(gè)BANK的位寬被設(shè)為n，訪問(wèn)此BANK時(shí)，在總線上永遠(yuǎn)只會(huì)看到地址對(duì)齊的n位操作。

3）8位讀操作

unsigned char *pwAddr = (unsigned char *)0x6;

unsigned char ucVal;

ucVal = *pwAddr;

CPU首先使用地址0x6對(duì)NOR Flsh發(fā)起16位的讀操作，得到兩個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)，假設(shè)為D0、D1；然后將D0取出賦值給變量ucVal。在讀操作期間，地址總線 ADDR1~ADDR20、A0~A19的信號(hào)都是1、1、0、...、0（CPU的ADDR0為0，不過(guò)ADDR0沒(méi)有接到NOR Flash上）。CPU會(huì)自動(dòng)丟棄D1。

4）32位讀操作

unsigned int *pwAddr = (unsigned int *)0x6;

unsigned int udwVal;

udwVal = *pwAddr;

CPU首先使用地址0x6對(duì)NOR Flsh發(fā)起16位的讀操作，得到兩個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)，假設(shè)為D0、D1；再使用地址0x8發(fā)起讀操作，得到兩字節(jié)的數(shù)據(jù)，假設(shè)為D2、D3；最后將這4個(gè)數(shù)據(jù)組合后賦給變量udwVal。

5）16位寫(xiě)操作

unsigned short *pwAddr = (unsigned short *)0x6;

*pwAddr = 0x1234;

由于NOR Flash的特性，使得NOR Flash的寫(xiě)操作比較復(fù)雜——比如要先發(fā)出特定的地址信號(hào)通知NOR Flash準(zhǔn)備接收數(shù)據(jù)，然后才發(fā)出數(shù)據(jù)等。不過(guò)，其總線上的電信號(hào)與軟件指令的關(guān)系與讀操作類似，只是數(shù)據(jù)的傳輸方向相反。

2、使用軟件來(lái)訪問(wèn)硬件

當(dāng)個(gè)引腳的操作有3種：輸出高低電平、檢測(cè)引腳狀態(tài)、中斷。對(duì)某個(gè)引腳的操作一般通過(guò)讀寫(xiě)寄存器實(shí)現(xiàn)

首先我們從點(diǎn)亮LED開(kāi)始，下圖選自mini2440原理圖，LED1-4分別對(duì)應(yīng)GPB5-8

如果要控制這些LED，那么我們首先要把GPBCON寄存器中GPB5-8對(duì)應(yīng)的位設(shè)為輸出功能，然后寫(xiě)GPBDAT寄存器的相應(yīng)位，使這4個(gè)引腳輸出高低電平

一般是低電平有效，即高電平時(shí)，對(duì)應(yīng)LED熄滅，低電平時(shí)，對(duì)應(yīng)LED點(diǎn)亮

訪問(wèn)寄存器的時(shí)候，通過(guò)S3C2440的數(shù)據(jù)手冊(cè)查到GPBCON和GPBDAT寄存器的地址，附數(shù)據(jù)手冊(cè) 點(diǎn)擊下載

GPBCON為0x56000010，GPBDAT為0x56000014

通過(guò)下面的代碼讓GPB5輸出低電平，點(diǎn)亮LED1

#define GPBCON (*(volatile unsigned long *) 0x56000010) //volatile修飾符確保每次去內(nèi)存中讀取變量的值，還不是從cache或者寄存器中

#define GPBDAT (*(volatile unsigned long *) 0x56000014)

#define GPB5_OUT (1<<(5*2)) //兩位控制一個(gè)引腳，那么GPB5就是GPBCON的[11:10]位，1左移10位，則[11:10]為01，表示GPB5為輸出

GPBCON = GPB5_OUT;

GPBDAT &= ~(1<<5); //1左移5位取反，那么第5位為0，即GPB5輸出低電平，點(diǎn)亮LED1

二、GPIO操作實(shí)例

1、使用匯編代碼點(diǎn)亮一個(gè)LED

先看源程序 led_on.S

.text

.global _start

_start:

LDR R0,=0x56000010 @ R0設(shè)為GPBCON寄存器

MOV R1,#0x00000400 @ 設(shè)置GPB5為輸出口, 位[11:10]=0b01

STR R1,[R0]

LDR R0,=0x56000014 @ R0設(shè)為GPBDAT寄存器

MOV R1,#0x00000000 @ 此值改為0x00000020,可讓LED1熄滅

STR R1,[R0] @ GPB5輸出0，LED1點(diǎn)亮

MAIN_LOOP:

B MAIN_LOOP @無(wú)限循環(huán)

再來(lái)看程序的Makefile

led_on.bin : led_on.S

arm-linux-gcc -g -c -o led_on.o led_on.S

arm-linux-ld -Ttext 0x0000000 -g led_on.o -o led_on_elf

arm-linux-objcopy -O binary -S led_on_elf led_on.bin

clean:

rm -f led_on.bin led_on_elf *.o

led_on.S生成led_on.bin

第一行做匯編

第二行做連接，指定代碼段起始地址為0x00000000

第三行把ELF格式轉(zhuǎn)為二進(jìn)制格式

clean用于清除編譯生成的文件

最后是Makefile

led_on_c.bin : crt0.S led_on_c.c

arm-linux-gcc -g -c -o crt0.o crt0.S

arm-linux-gcc -g -c -o led_on_c.o led_on_c.c

arm-linux-ld -Ttext 0x0000000 -g crt0.o led_on_c.o -o led_on_c_elf

arm-linux-objcopy -O binary -S led_on_c_elf led_on_c.bin

arm-linux-objdump -D -m arm led_on_c_elf > led_on_c.dis

clean:

rm -f led_on_c.dis led_on_c.bin led_on_c_elf *.o

分別匯編crt0.S和led_on_c.c

連接目標(biāo)到led_on_c_elf，代碼段起始地址位0x00000000

轉(zhuǎn)換ELF格式到二進(jìn)制led_on_c.bin

最后轉(zhuǎn)換結(jié)果為匯編碼方便查看

3、測(cè)試程序

在先前搭建的編譯環(huán)境中進(jìn)入代碼目錄

#make

得到的bin文件，在win中使用dnw下載到開(kāi)發(fā)板，設(shè)置串口波特率，對(duì)應(yīng)端口，8N1，下載地址0x00000000

開(kāi)關(guān)撥到nor flash，打開(kāi)電源，出現(xiàn)菜單以后，選擇a

然后選擇USB PORT-transmit/restore，選擇編譯好的bin文件

然后開(kāi)關(guān)撥到nand啟動(dòng)，效果如下：（設(shè)置LED1和LED4亮）

4、使用按鍵來(lái)控制LED

K1-K6如上圖對(duì)應(yīng)GPG，我們使用K1-K4操作LED1-LED4