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        ARM學(xué)習(xí)筆記--GPIO接口

        作者: 時(shí)間:2016-11-10 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏
        GPIO(General Purpose I/O Ports)意思為通用輸入/輸出端口,通俗地說,就是一些引腳,可以通過它們輸出高低電平或者通過它們讀入引腳的狀態(tài)-是高電平或是低電平。

        S3C2410共有117個I/O端口,共分為A~H共8組:GPA、GPB、...、GPH。S3C2440共有130個I/O端口,分為A~J共9組:GPA、GPB、...、GPJ。可以通過設(shè)置寄存器來確定某個引腳用于輸入、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。

        本文引用地址:http://www.104case.com/article/201611/317282.htm

        1 GPIO硬件介紹

        1.1 通過寄存器來操作GPIO引腳

        GPxCON用于選擇引腳功能,GPxDAT用于讀/寫引腳數(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無用。一般而言,GPACON通常被設(shè)為全1,以便訪問外部存儲器件。

        PORT B~ PORT H/J在寄存器操作方面完全相同。GPxCON中每兩位控制一根引腳: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 訪問硬件

        1.2.1 訪問單個引腳

        單個引腳的操作無外乎3種:輸出高低電平、檢測引腳狀態(tài)、中斷。對某個引腳的操作一般通過讀、寫寄存器來完成。

        訪問這些寄存器是通過軟件來讀寫它們的地址。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 以總線方式訪問硬件

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

        圖中緩沖器的作用是以提搞驅(qū)動能力、隔離前后級信號。NOR Flash(AM29LV800BB)的片選信號使用nGCS0信號,當(dāng)CPU發(fā)出的地址信號處于0x00000000~0x07FFFFFF之間時(shí),nGCS0信號有效(為低電平),于是NOR Flash被選中。這時(shí),CPU發(fā)出的地址信號傳到NOR Flash;進(jìn)行寫操作時(shí),nWE信號為低,數(shù)據(jù)信號從CPU發(fā)給NOR Flash;進(jìn)行讀操作時(shí),nWE信號為高,數(shù)據(jù)信號從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)起寫操作呢,下面有幾個例子的代碼進(jìn)行講解。

        1)地址對齊的16位讀操作

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

        unsigned short uwVal;

        uwVal = *pwAddr;

        上述代碼會向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的信號都是1、0...、0(CPU的ADDR0 為0,不過ADDR0沒有接到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,并通過數(shù)據(jù)總線D0~D15發(fā)給CPU。

        2)地址位不對齊的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,然后將兩個結(jié)果組合起來: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16位的數(shù)字返回給wVal。如果沒有地址不對齊的異常處理函數(shù),那么上述代碼將會出錯。如果某個BANK的位寬被設(shè)為n,訪問此BANK時(shí),在總線上永遠(yuǎn)只會看到地址對齊的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NOR Flsh發(fā)起16位的讀操作,得到兩個字節(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的信號都是1、1、0、...、0(CPU的ADDR0為0,不過ADDR0沒有接到NOR Flash上)。CPU會自動丟棄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NOR Flsh發(fā)起16位的讀操作,得到兩個字節(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個數(shù)據(jù)組合后賦給變量udwVal。

        5)16位寫操作

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

        *pwAddr = 0x1234;

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

        2、使用軟件來訪問硬件

        當(dāng)個引腳的操作有3種:輸出高低電平、檢測引腳狀態(tài)、中斷。對某個引腳的操作一般通過讀寫寄存器實(shí)現(xiàn)

        首先我們從點(diǎn)亮LED開始,下圖選自mini2440原理圖,LED1-4分別對應(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對應(yīng)的位設(shè)為輸出功能,然后寫GPBDAT寄存器的相應(yīng)位,使這4個引腳輸出高低電平

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

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

        GPBCON為0x56000010,GPBDAT為0x56000014

        通過下面的代碼讓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 @無限循環(huán)

        再來看程序的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

        2、使用c語言代碼點(diǎn)亮LED
        匯編可讀性比C差,我們用C來實(shí)現(xiàn)
        @******************************************************************************
        @ File:crt0.S
        @ 功能:通過它轉(zhuǎn)入C程序
        @******************************************************************************
        .text
        .global _start
        _start:
        ldr r0, =0x53000000 @ WATCHDOG寄存器地址
        mov r1, #0x0
        str r1, [r0] @ 寫入0,禁止WATCHDOG,否則CPU會不斷重啟
        ldr sp, =1024*4 @ 設(shè)置堆棧,注意:不能大于4k, 因?yàn)楝F(xiàn)在可用的內(nèi)存只有4K,這4k是steppingstone,后面會介紹
        @ nand flash中的代碼在復(fù)位后會移到內(nèi)部ram中,此ram只有4K
        bl main @ 調(diào)用C程序中的main函數(shù)
        halt_loop:
        b halt_loop
        下面是led_on_c.c
        #define GPBCON (*(volatile unsigned long *)0x56000010)
        #define GPBDAT (*(volatile unsigned long *)0x56000014)
        int main()
        {
        GPBCON = 0x00000400; // 設(shè)置GPB5為輸出口, 位[11:10]=0b01
        GPBDAT = 0x00000000; // GPB5輸出0,LED1點(diǎn)亮
        return 0;
        }

        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下載到開發(fā)板,設(shè)置串口波特率,對應(yīng)端口,8N1,下載地址0x00000000

        開關(guān)撥到nor flash,打開電源,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

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

        4、使用按鍵來控制LED

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

        @******************************************************************************
        @ File:crt0.S
        @ 功能:通過它轉(zhuǎn)入C程序
        @******************************************************************************
        .text
        .global _start
        _start:
        ldr r0, =0x56000010 @ WATCHDOG寄存器地址
        mov r1, #0x0
        str r1, [r0] @ 寫入0,禁止WATCHDOG,否則CPU會不斷重啟
        ldr sp, =1024*4 @ 設(shè)置堆棧,注意:不能大于4k, 因?yàn)楝F(xiàn)在可用的內(nèi)存只有4K,這4k是steppingstone,后面會介紹
        @ nand flash中的代碼在復(fù)位后會移到內(nèi)部ram中,此ram只有4K
        bl main @ 調(diào)用C程序中的main函數(shù)
        halt_loop:
        b halt_loop
        下面是key_led.c文件
        #define GPBCON (*(volatile unsigned long *)0x56000010)
        #define GPBDAT (*(volatile unsigned long *)0x56000014)
        #define GPGCON (*(volatile unsigned long *)0x56000060)
        #define GPGDAT (*(volatile unsigned long *)0x56000064)
        /*
        * LED1-4對應(yīng)GPB5、GPB6、GPB7、GPB8
        */
        #define GPB5_out (1<<(5*2))
        #define GPB6_out (1<<(6*2))
        #define GPB7_out (1<<(7*2))
        #define GPB8_out (1<<(8*2))
        /*
        * K1-K4對應(yīng)GPG0、GPG3、GPG5、GPG6
        */
        #define GPG7_in ~(3<<(6*2))
        #define GPG6_in ~(3<<(5*2))
        #define GPG3_in ~(3<<(3*2))
        #define GPG0_in ~(3<<(0*2))
        int main()
        {
        unsigned long dwDat;
        // LED1-LED4對應(yīng)的4根引腳設(shè)為輸出
        GPBCON = GPB5_out | GPB6_out | GPB7_out | GPB8_out ;
        // K1-K4對應(yīng)的2根引腳設(shè)為輸入
        GPGCON = GPG0_in & GPG3_in & GPG6_in & GPG7_in ;
        while(1){
        //若Kn為0(表示按下),則令LEDn為0(表示點(diǎn)亮)
        dwDat = GPGDAT; // 讀取GPG管腳電平狀態(tài)
        if (dwDat & (1<<0)) // K1沒有按下
        GPBDAT |= (1<<5); // LED1熄滅
        else
        GPBDAT &= ~(1<<5); // LED1點(diǎn)亮
        if (dwDat & (1<<3)) // K2沒有按下
        GPBDAT |= (1<<6); // LED2熄滅
        else
        GPBDAT &= ~(1<<6); // LED2點(diǎn)亮
        if (dwDat & (1<<5)) // K3沒有按下
        GPBDAT |= (1<<7); // LED3熄滅
        else
        GPBDAT &= ~(1<<7); // LED3點(diǎn)亮
        if (dwDat & (1<<6)) // K4沒有按下
        GPBDAT |= (1<<8); // LED4熄滅
        else
        GPBDAT &= ~(1<<8); // LED4點(diǎn)亮
        }
        return 0;
        }
        最后是Makefile
        key_led.bin : crt0.S key_led.c
        arm-linux-gcc -g -c -o crt0.o crt0.S
        arm-linux-gcc -g -c -o key_led.o key_led.c
        arm-linux-ld -Ttext 0x0000000 -g crt0.o key_led.o -o key_led_elf
        arm-linux-objcopy -O binary -S key_led_elf key_led.bin
        arm-linux-objdump -D -m arm key_led_elf > key_led.dis
        clean:
        rm -f key_led.dis key_led.bin key_led_elf *.o



        關(guān)鍵詞: ARMGPIO接

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