嵌入式Linux学习笔记之GPIO接口

一、GPIO介绍

GPIO意为通用输入输出端口，简单说就是一些引脚，通过它们输出高低电平或者通过它们读取引脚高低电平状态

S3C2440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、输出还是特殊功能。

比如：可以设置GPH6作为输入、输出、或者用于串口。

 

1、通过寄存器来操作GPIO引脚

1）GPxCON寄存器

它用于配置引脚的功能

端口A与端口B-J在功能上有所不同，GPACON中每一位对应一根引脚（共23根引脚）

当某位为0时，对应引脚为输出，此时在GPADAT中相应位写入0或1，让此引脚输出低电平或高电平；当某位被设为1时，对应引脚为地址线或用于地址控制，此时GPADAT保留不用。

GPACON通常被设为全1，以便访问外部存储设备

端口B-J在寄存器操作上完全相同，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

2）GPxDAT寄存器

它用于读写引脚，当引脚被设为输入时，读此寄存器得到对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令此引脚输出高低电平。

3）GPxUP寄存器

GPxUP，某位为1时，相应引脚无内部上拉电阻；为1时，相应引脚使用内部上拉电阻

上拉电阻、下拉电阻的作用在于，当GPIO引脚出于第三态（非高低电平，而是高阻态，即相当于没接芯片）时，它的电平状态由上拉电阻和下拉电阻确定。

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

 

#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

 

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 -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

 

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

                                                          @ 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;

}

 

 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nor flash，打开电源，出现菜单以后，选择a

 

然后选择USB PORT-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

                                                          @ 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

 

测试效果