ARM学习笔记GPIO接口.docx
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ARM学习笔记GPIO接口
ARM学习笔记－－GPIO接口
GPIO（GeneralPurposeI/OPorts）意思为通用输入/输出端口，通俗地说，就是一些引脚，可以通过它们输出高低电平或者通过它们读入引脚的状态-是高电平或是低电平。
S3C2410共有117个I/O端口，共分为A~H共8组：
GPA、GPB、...、GPH。
S3C2440共有130个I/O端口，分为A~J共9组：
GPA、GPB、...、GPJ。
可以通过设置寄存器来确定某个引脚用于输入、输出还是其他特殊功能。
比如：
可以设置GPH6作为输入、输出、或者用于串口。
1GPIO硬件介绍
1.1通过寄存器来操作GPIO引脚
GPxCON用于选择引脚功能，GPxDAT用于读/写引脚数据；另外，GPxUP用于确定是否使用内部上拉电阻。
x为B、...、H/J，没有GPAUP寄存器。
1.1.1GPxCON寄存器
从寄存器的名字可以看出，它用于配置（Configure）-选择引脚功能。
PORTA与PORTB~PORTH/J在功能选择方面有所不同，GPACON中每一位对应一根引脚（共23根引脚）。
当某位被设为0时，相应引脚为输出引脚，此时我们可以在GPADAT中相应位写入0或是1让此引脚为低电平或高电平；当某位被设为1时，相应引脚为地址线或用于地址控制，此时GPADAT无用。
一般而言，GPACON通常被设为全1，以便访问外部存储器件。
PORTB~PORTH/J在寄存器操作方面完全相同。
GPxCON中每两位控制一根引脚：
00表示输入、01表示输出、10表示特殊功能、11保留不用。
1.1.2GPxDAT寄存器
GPxDAT用于读/写引脚；当引脚被设为输入时，读此寄存器可知相应引脚的电平状态是高还是低；当引脚被设为输出时，写此寄存器相应位可以令此引脚输出高电平或是低电平。
1.1.3GPxUP寄存器
GPxUP：
某位为1时，相应引脚无内部上拉电阻；为0时，相应引脚使用内部上拉电阻。
上拉电阻的作用在于：
当GPIO引脚处于第三态（即不是输出高电平，也不是输出低电平，而是呈高阻态，即相当于没接芯片）时，它的电平状态由上拉电阻、下拉电阻确定。
1.2访问硬件
1.2.1访问单个引脚
单个引脚的操作无外乎3种：
输出高低电平、检测引脚状态、中断。
对某个引脚的操作一般通过读、写寄存器来完成。
访问这些寄存器是通过软件来读写它们的地址。
比如：
S3C2410和S3C2440的GPBCON、GPBDAT寄存器地址都是0x56000010、0x56000014，可以通过如下的指令让GPB5输出低电平。
#defineGPBCON（*volatileunsignedlong*）0x56000010） //long=int4字节；char1字节；short2字节
#defineGPBDAT（*volatileunsignedlong*）0x56000014）
#defineGPB5_out（1<<（582））
GPBCON=GPB5_out;
GPBDAT&=~（1<<5）;
1.2.2以总线方式访问硬件
并非只能通过寄存器才能发出硬件信号，实际上通过访问总线的方式控制硬件更为常见。
如下图所示S3C2410/S3C2440与NORFlash的连线图，读写操作都是16位为单位。
图中缓冲器的作用是以提搞驱动能力、隔离前后级信号。
NORFlash（AM29LV800BB）的片选信号使用nGCS0信号，当CPU发出的地址信号处于0x00000000~0x07FFFFFF之间时，nGCS0信号有效（为低电平），于是NORFlash被选中。
这时，CPU发出的地址信号传到NORFlash；进行写操作时，nWE信号为低，数据信号从CPU发给NORFlash；进行读操作时，nWE信号为高，数据信号从NORFlash发给CPU。
ADDR1~ADDR20------------------> >--------------------A0~A19
DATA0~DATA15<-----------------> <------------------->D0~D15
nOE ------------------> -------------------->nOE
nWE ------------------> -------------------->nWE
nGCS0------------------> -------------------->nCE
S3C2410/S3C2440 缓冲器 NORFlash（AM29LV800BB）
软件如何发起写操作呢，下面有几个例子的代码进行讲解。
1）地址对齐的16位读操作
unsignedshort*pwAddr=（unsignedshort*）0x2;
unsignedshortuwVal;
uwVal=*pwAddr;
上述代码会向NORFlash发起读操作：
CPU发出的读地址为0x2，则地址总线ADDR1~ADDR20、A0~A19的信号都是1、0...、0（CPU的ADDR0为0，不过ADDR0没有接到NORFlash上）。
NORFlash的地址就是0x1，NORFlash在稍后的时间里将地址上的16位数据取出，并通过数据总线D0~D15发给CPU。
2）地址位不对齐的16位读操作
unsignedshort*pwAddr=（unsignedshort*）0x1;
unsignedshortuwVal;
uwVal=*pwAddr;
由于地址是0x1，不是2对齐的，但是BANK0的位宽被设为16，这将导致异常。
我们可以设置异常处理函数来处理这种情况。
在异常处理函数中，使用0x0、0x2发起两次读操作，然后将两个结果组合起来：
使用地址0x0的两字节数据D0、D1；再使用地址0x02读到D2、D3；最后，D1、D2组合成一个16位的数字返回给wVal。
如果没有地址不对齐的异常处理函数，那么上述代码将会出错。
如果某个BANK的位宽被设为n，访问此BANK时，在总线上永远只会看到地址对齐的n位操作。
3）8位读操作
unsignedchar*pwAddr=（unsignedchar*）0x6;
unsignedcharucVal;
ucVal=*pwAddr;
CPU首先使用地址0x6对NORFlsh发起16位的读操作，得到两个字节的数据，假设为D0、D1；然后将D0取出赋值给变量ucVal。
在读操作期间，地址总线ADDR1~ADDR20、A0~A19的信号都是1、1、0、...、0（CPU的ADDR0为0，不过ADDR0没有接到NORFlash上）。
CPU会自动丢弃D1。
4）32位读操作
unsignedint*pwAddr=（unsignedint*）0x6;
unsignedintudwVal;
udwVal=*pwAddr;
CPU首先使用地址0x6对NORFlsh发起16位的读操作，得到两个字节的数据，假设为D0、D1；再使用地址0x8发起读操作，得到两字节的数据，假设为D2、D3；最后将这4个数据组合后赋给变量udwVal。
5）16位写操作
unsignedshort*pwAddr=（unsignedshort*）0x6;
*pwAddr=0x1234;
由于NORFlash的特性，使得NORFlash的写操作比较复杂——比如要先发出特定的地址信号通知NORFlash准备接收数据，然后才发出数据等。
不过，其总线上的电信号与软件指令的关系与读操作类似，只是数据的传输方向相反。
2、使用软件来访问硬件
当个引脚的操作有3种：
输出高低电平、检测引脚状态、中断。
对某个引脚的操作一般通过读写寄存器实现
首先我们从点亮LED开始，下图选自mini2440原理图，LED1-4分别对应GPB5-8
如果要控制这些LED，那么我们首先要把GPBCON寄存器中GPB5-8对应的位设为输出功能，然后写GPBDAT寄存器的相应位，使这4个引脚输出高低电平
一般是低电平有效，即高电平时，对应LED熄灭，低电平时，对应LED点亮
访问寄存器的时候，通过S3C2440的数据手册查到GPBCON和GPBDAT寄存器的地址，附数据手册 点击下载
GPBCON为0x56000010，GPBDAT为0x56000014
通过下面的代码让GPB5输出低电平，点亮LED1
#defineGPBCON（*（volatileunsignedlong*）0x56000010） //volatile修饰符确保每次去内存中读取变量的值，还不是从cache或者寄存器中
#defineGPBDAT（*（volatileunsignedlong*）0x56000014）
#defineGPB5_OUT（1<<（5*2）） //两位控制一个引脚，那么GPB5就是GPBCON的[11:
10]位，1左移10位，则[11:
10]为01，表示GPB5为输出
GPBCON=GPB5_OUT;
GPBDAT&=~（1<<5）; //1左移5位取反，那么第5位为0，即GPB5输出低电平，点亮LED1
二、GPIO操作实例
1、使用汇编代码点亮一个LED
先看源程序led_on.S
.text
.global_start
_start:
LDR R0,=0x56000010 @R0设为GPBCON寄存器
MOV R1,#0x00000400 @设置GPB5为输出口,位[11:
10]=0b01
STR R1,[R0]
LDR R0,=0x56000014 @R0设为GPBDAT寄存器
MOV R1,#0x00000000 @此值改为0x00000020,可让LED1熄灭
STR R1,[R0] @GPB5输出0，LED1点亮
MAIN_LOOP:
B MAIN_LOOP @无限循环
再来看程序的Makefile
led_on.bin:
led_on.S
arm-linux-gcc-g-c-oled_on.oled_on.S
arm-linux-ld-Ttext0x0000000-gled_on.o-oled_on_elf
arm-linux-objcopy-Obinary-Sled_on_elfled_on.bin
clean:
rm-f led_on.binled_on_elf*.o
led_on.S生成led_on.bin
第一行做汇编
第二行做连接，指定代码段起始地址为0x00000000
第三行把ELF格式转为二进制格式
clean用于清除编译生成的文件
2、使用c语言代码点亮LED
汇编可读性比C差，我们用C来实现
@******************************************************************************
@File：
crt0.S
@功能：
通过它转入C程序
@******************************************************************************
.text
.global_start
_start:
ldr r0,=0x53000000 @WATCHDOG寄存器地址
mov r1,#0x0
str r1,[r0] @写入0，禁止WATCHDOG，否则CPU会不断重启
ldr sp,=1024*4 @设置堆栈，注意：
不能大于4k,因为现在可用的内存只有4K,这4k是steppingstone，后面会介绍
@nandflash中的代码在复位后会移到内部ram中，此ram只有4K
bl main @调用C程序中的main函数
halt_loop:
b halt_loop
下面是led_on_c.c
#defineGPBCON （*（volatileunsignedlong*）0x56000010）
#defineGPBDAT （*（volatileunsignedlong*）0x56000014）
intmain（）
{
GPBCON=0x00000400; //设置GPB5为输出口,位[11:
10]=0b01
GPBDAT=0x00000000; //GPB5输出0，LED1点亮
return0;
}
最后是Makefile
led_on_c.bin:
crt0.S led_on_c.c
arm-linux-gcc-g-c-ocrt0.ocrt0.S
arm-linux-gcc-g-c-oled_on_c.oled_on_c.c
arm-linux-ld-Ttext0x0000000-g crt0.oled_on_c.o-oled_on_c_elf
arm-linux-objcopy-Obinary-Sled_on_c_elfled_on_c.bin
arm-linux-objdump-D-marm led_on_c_elf>led_on_c.dis
clean:
rm-fled_on_c.disled_on_c.binled_on_c_elf*.o
分别汇编crt0.S和led_on_c.c
连接目标到led_on_c_elf，代码段起始地址位0x00000000
转换ELF格式到二进制led_on_c.bin
最后转换结果为汇编码方便查看
3、测试程序
在先前搭建的编译环境中进入代码目录
#make
得到的bin文件，在win中使用dnw下载到开发板，设置串口波特率，对应端口，8N1，下载地址0x00000000
开关拨到norflash，打开电源，出现菜单以后，选择a
然后选择USBPORT-transmit/restore，选择编译好的bin文件
然后开关拨到nand启动，效果如下：
（设置LED1和LED4亮）
4、使用按键来控制LED
K1-K6如上图对应GPG，我们使用K1-K4操作LED1-LED4
@******************************************************************************
@File：
crt0.S
@功能：
通过它转入C程序
@******************************************************************************
.text
.global_start
_start:
ldr r0,=0x56000010 @WATCHDOG寄存器地址
mov r1,#0x0
str r1,[r0] @写入0，禁止WATCHDOG，否则CPU会不断重启
ldr sp,=1024*4 @设置堆栈，注意：
不能大于4k,因为现在可用的内存只有4K,这4k是steppingstone，后面会介绍
@nandflash中的代码在复位后会移到内部ram中，此ram只有4K
bl main @调用C程序中的main函数
halt_loop:
b halt_loop
下面是key_led.c文件
#defineGPBCON （*（volatileunsignedlong*）0x56000010）
#defineGPBDAT （*（volatileunsignedlong*）0x56000014）
#defineGPGCON （*（volatileunsignedlong*）0x56000060）
#defineGPGDAT （*（volatileunsignedlong*）0x56000064）
/*
*LED1-4对应GPB5、GPB6、GPB7、GPB8
*/
#defineGPB5_out （1<<（5*2））
#defineGPB6_out （1<<（6*2））
#defineGPB7_out （1<<（7*2））
#defineGPB8_out （1<<（8*2））
/*
*K1-K4对应GPG0、GPG3、GPG5、GPG6
*/
#defineGPG7_in ~（3<<（6*2））
#defineGPG6_in ~（3<<（5*2））
#defineGPG3_in ~（3<<（3*2））
#defineGPG0_in ~（3<<（0*2））
intmain（）
{
unsignedlongdwDat;
//LED1-LED4对应的4根引脚设为输出
GPBCON=GPB5_out|GPB6_out|GPB7_out|GPB8_out;
//K1-K4对应的2根引脚设为输入
GPGCON=GPG0_in&GPG3_in&GPG6_in&GPG7_in;
while
（1）{
//若Kn为0（表示按下），则令LEDn为0（表示点亮）
dwDat=GPGDAT; //读取GPG管脚电平状态
if（dwDat&（1<<0）） //K1没有按下
GPBDAT|=（1<<5）; //LED1熄灭
else
GPBDAT&=~（1<<5）; //LED1点亮
if（dwDat&（1<<3）） //K2没有按下
GPBDAT|=（1<<6）; //LED2熄灭
else
GPBDAT&=~（1<<6）; //LED2点亮
if（dwDat&（1<<5）） //K3没有按下
GPBDAT|=（1<<7）; //LED3熄灭
else
GPBDAT&=~（1<<7）; //LED3点亮
if（dwDat&（1<<6）） //K4没有按下
GPBDAT|=（1<<8）; //LED4熄灭
else
GPBDAT&=~（1<<8）; //LED4点亮
}
return0;
}
最后是Makefile
key_led.bin:
crt0.S key_led.c
arm-linux-gcc-g-c-ocrt0.ocrt0.S
arm-linux-gcc-g-c-okey_led.okey_led.c
arm-linux-ld-Ttext0x0000000-g crt0.okey_led.o-okey_led_elf
arm-linux-objcopy-Obinary-Skey_led_elfkey_led.bin
arm-linux-objdump-D-marm key_led_elf>key_led.dis
clean:
rm-f key_led.diskey_led.binkey_led_elf*.o
测试效果
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