Arduino补充篇（一）-- 怎么区分I/O与GPIO

1、I/O

        IO即 Input Output，是计算机中的输入输出系统，用于 CPU 与外界进行信息交互。例如CPU 读内存数据需要 I/O 系统，CPU 输出数据到屏幕显示出来也需要 I/O 系统，信息在 I/O 系统上传输有并行或并行，所谓串行就是数据在一条线上传输，并行就是数据在多条线上传输，即并行一次传输多个bit，串行每次传输一个bit。

2、GPIO

        GPIO，英文全称为General-Purpose IO ports，也就是通用I/O口。在微控制器芯片上一般都会提供一个“通用可编程I/O接口”。接口至少有两个寄存器，即“控制方向寄存器”与“数据寄存器”。数据寄存器的各位都直接引到芯片外部，而对数据寄存器中每一位的作用，即每一位的信号流通方向是输入还是输出，则能够通过控制寄存器中相应位独立的加以设置。这样，有无 IO 接口也就成为微控制器差别于微处理器的一个特征。（不同MCU，寄存器配置不一样）

在实际的MCU中，I/O 是有多种形式的。比如，有的数据寄存器能够依照位寻址，有的却不能依照位寻址，这在编程时就要区分了。比如，传统的8051系列，就区分成可位寻址和不可位寻址两种寄存器。另外，为了使用的方便，非常多的 MCU 把 Glue Logic 等集成到芯片内部，增强了系统的稳定性能，比方GPIO接口除去两个标准寄存器必须具备外，还提供上拉寄存器，能够设置I/O的输出模式是高阻，还是带上拉的电平输出，或者不带上拉的电平输出。这在电路设计中，外围电路就能够简化不少。

3、区别

        GPIO 的意思是通用输入输出端口，可由编程决定其状态，MCU 的 I/O 就是 GPIO，也称双向输入输出端口，而 I/O 则泛指所有类型的输入输出端口，包括单向的端口如逻辑门电路的输入输出管脚和双向的 GPIO 端口，而 GPIO 则必然是双向的，这是为了避免不同语境下易造成混淆而采取的特称。

4、IO端口和IO内存

        每个外设都是通过读写其寄存器来控制的。外设寄存器也称为I/O端口，通常包括：控制寄存器、状态寄存器和数据寄存器三大类。根据访问外设寄存器的不同方式，可以把CPU分成两大类。一类CPU（如M68K，Power PC 等）把这些寄存器看作内存的一部分，寄存器参与内存统一编址，访问寄存器就通过访问一般的内存指令进行，所以，这种CPU没有专门用于设备I/O的指令。这就是所谓的“I/O内存”方式。另一类CPU（典型的如X86），将外设的寄存器看成一个独立的地址空间，所以访问内存的指令不能用来访问这些寄存器，而要为对外设寄存器的读／写设置专用指令，如IN和OUT指令。这就是所谓的“I/O端口”方式。但是，用于I/O指令的“地址空间”相对来说是很小的，如x86 CPU的I/O空间就只有64KB（0-0xffff)。
        参考：IO端口和IO内存的区别及分别使用的函数接口。

5、小结

        GPIO（General Purpose I/O Ports）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。GPIO是个比较重要的概念，用户可以通过GPIO口和硬件进行数据交互（如UART），控制硬件工作（如LED、蜂鸣器等），读取硬件的工作状态信号（如中断信号）等。对单片机的控制，其实就是对I/O口的控制，无论单片机对外界进行何种控制，或接受外部的控制，都是通过 I/O 口进行的。掌握了 I/O 口，差不多相当于掌握了操作硬件的能力。

补充：

        在使用 Arduino 时，需要注意数字 I/O和模拟 I/O。Arduino 上每一个带有数字编号的引脚都是数字引脚，包括写有“A”编号的模拟输入引脚。使用这些引脚可以完成输入/输出数字信号的功能。在 Arduino 控制器中，编号前带有“A”的引脚是模拟输入引脚。Arduino 可以读取这些引脚上输人的模拟值，即读取引脚上输入的电压大小。

        当定义为模块管脚时，PIN 起模块中定义的功能。比如定义成 SPI 模块的管脚，那就按照具体芯片的规定，或者定义成 MOSI，或者定义成MISO，或者定义成 SCLK，这些不是任意的。SPI是模块，MISO等是功能管脚。

        当定义成GPIO时，可以定义成高阻，输入，或者输出。这时候，就可以用作操作控制位，点亮LED灯等功能了。