ARM9嵌入式Linux开发-GPIO接口

目录

1.GPIO硬件简介

2.通过寄存器来操作GPIO引脚

2.1GPxCON寄存器

2.2GPxDAT寄存器

2.3GPxUP寄存器

3.如何编程控制硬件

4.GPIO编程实例

4.1使用汇编代码点亮一个LED

4.2使用c语言代码点亮LED

4.3使用按键来控制LED

---

1.GPIO硬件简介

GPIO（General Purpose I/O ports）即通用输入/输出口。我们在实际应用中，不管是接LCD、接键盘，控制制流水灯等，都离不开对GPIO的控断。能够说，GPIO的控制是所有硬件控制的基础。 S3C2440共同130个I/0端口，共分九组，分别别为：GPA、GPB、...、GPJ，通过寄存器进行控制。

2.通过寄存器来操作GPIO引脚

我们以通过控制寄存器来选择GPIO的功能（输入、输出或其他特殊功能）；可以通过读写数据寄存器来确定引脚的电平和想让引脚输出高电平或低电平。

这几组GPIO的寄存器是相似的。控制s3c2440的GPIO端口的寄存器有3类，分别是GPxCON、GPxDAT、GPxUP (x=A ~ J)。下面详细介绍一下。

2.1GPxCON寄存器

GPIO控制寄存器，可以设置选定GPIO口的输入输出方式和功能——选择引脚的功能。GPA组的23个端口比较特殊，只能是输出方式。GPACON的每一位对应一个引脚，当某位为0时，对应引脚为输出端口，否则为复用功能。GPB ~ GPJ端口的GPxCON寄存器使用方法一致，每两位控制一个引脚，00时为输入I/O口，01时为输出I/O口，10时为复用功能，11保留。

2.2GPxDAT寄存器

此引脚用于读写引脚的状态，即端口数据。当引脚配置为输出时，给该寄存器某位写1，则对应引脚输出高电平，写0输出低电平。当引脚配置为输出时，读该寄存器可以得到端口电平状态。

2.3GPxUP寄存器

该寄存器可以设置引脚是否使用上拉电阻，某位为0时对应引脚使用上拉电阻，某位为1时不使用上拉电阻。注意：GPA组没有GPxUP寄存器，即没有上拉电阻。上拉电阻和下拉电阻的作用是，当GPIO引脚处于第三态时，它的电平由上拉电阻和下拉电阻确定，第三态是指引脚既不输出高电平，也不输出低电平。

3.如何编程控制硬件

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，下图选自开发板原理图，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。输出高电平时，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： 

 

 

 

GPBCON为0x56000010，GPBDAT为0x56000014

通过下面的代码让GPB5输出低电平，点亮LED1

#define GPBCON (*(volatile unsigned long *) 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

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

#define GPB5_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

4.GPIO编程实例

4.1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 -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

4.2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，后面会具体介绍，nand flash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
#define GPBCON      (*(volatile unsigned long *)0x56000010)
#define GPBDAT      (*(volatile unsigned long *)0x56000014)
int main()
{
    GPBCON = 0x00000400;    // 设置GPB5为输出口, 位[11:10]=0b01
    GPBDAT = 0x00000000;    // GPB5输出0，LED1点亮
    return 0;
}

Makefile如下：

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

4.3使用按键来控制LED

硬件连接如下：

 

K1~K4对应GPF0，GPF2，GPG3和GPG11。当K1~K4中某个按键按下时，点亮LED1~LED4中相应的LED。

@*****************************************************************************
@ 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，后面会具体介绍，nand flash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
#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对应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对应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
    }

    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