嵌入式Linux學習筆記之GPIO接口

一、GPIO介紹

GPIO意為通用輸入輸出端口，簡單說就是一些引腳，通過它們輸出高低電平或者通過它們讀取引腳高低電平狀態

S3C2440有130個I/O端口，分為A-J共9組：GPA、GPB、、、、GPJ，可以通過設置寄存器來確定某個引腳用於輸入、輸出還是特殊功能。

比如：可以設置GPH6作為輸入、輸出、或者用於串口。

 

1、通過寄存器來操作GPIO引腳

1）GPxCON寄存器

它用於配置引腳的功能

端口A與端口B-J在功能上有所不同，GPACON中每一位對應一根引腳（共23根引腳）

當某位為0時，對應引腳為輸出，此時在GPADAT中相應位寫入0或1，讓此引腳輸出低電平或高電平；當某位被設為1時，對應引腳為地址線或用於地址控制，此時GPADAT保留不用。

GPACON通常被設為全1，以便訪問外部存儲設備

端口B-J在寄存器操作上完全相同，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

2）GPxDAT寄存器

它用於讀寫引腳，當引腳被設為輸入時，讀此寄存器得到對應引腳的電平狀態是高還是低；當引腳被設為輸出時，寫此寄存器相應位可令此引腳輸出高低電平。

3）GPxUP寄存器

GPxUP，某位為1時，相應引腳無內部上拉電阻；為1時，相應引腳使用內部上拉電阻

上拉電阻、下拉電阻的作用在於，當GPIO引腳出於第三態（非高低電平，而是高阻態，即相當於沒接芯片）時，它的電平狀態由上拉電阻和下拉電阻確定。

2、使用軟件來訪問硬件

當個引腳的操作有3種：輸出高低電平、檢測引腳狀態、中斷。對某個引腳的操作一般通過讀寫寄存器實現

首先我們從點亮LED開始，下圖選自mini2440原理圖，LED1-4分別對應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對應的位設為輸出功能，然后寫GPBDAT寄存器的相應位，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，對應LED熄滅，低電平時，對應LED點亮

訪問寄存器的時候，通過S3C2440的數據手冊查到GPBCON和GPBDAT寄存器的地址，附數據手冊  點擊下載

 GPBCON為0x56000010，GPBDAT為0x56000014

通過下面的代碼讓GPB5輸出低電平，點亮LED1

 

#define GPBCON (*(volatile unsigned long *) 0x56000010)        //volatile修飾符確保每次去內存中讀取變量的值，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，點亮LED1

 

二、GPIO操作實例

1、使用匯編代碼點亮一個LED

先看源程序 led_on.S

 

.text

.global _start

_start:     

            LDR     R0,=0x56000010      @ R0設為GPBCON寄存器

            MOV     R1,#0x00000400      @ 設置GPB5為輸出口, 位[11:10]=0b01

            STR     R1,[R0]             

            LDR     R0,=0x56000014      @ R0設為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點亮

MAIN_LOOP:

            B       MAIN_LOOP                  @無限循環

 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格式轉為二進制格式

clean用於清除編譯生成的文件

 

2、使用c語言代碼點亮LED

匯編可讀性比C差，我們用C來實現

 

@******************************************************************************

@ File：crt0.S

@ 功能：通過它轉入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              @ 設置堆棧，注意：不能大於4k, 因為現在可用的內存只有4K,這4k是steppingstone，后面會介紹

                                                          @ nand flash中的代碼在復位后會移到內部ram中，此ram只有4K

            bl      main                           @ 調用C程序中的main函數

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;     // 設置GPB5為輸出口, 位[11:10]=0b01

    GPBDAT = 0x00000000;     // GPB5輸出0，LED1點亮

    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

連接目標到led_on_c_elf，代碼段起始地址位0x00000000

轉換ELF格式到二進制led_on_c.bin

最后轉換結果為匯編碼方便查看

 

3、測試程序

在先前搭建的編譯環境中進入代碼目錄

#make

得到的bin文件，在win中使用dnw下載到開發板，設置串口波特率，對應端口，8N1，下載地址0x00000000

開關撥到nor flash，打開電源，出現菜單以后，選擇a

 

然后選擇USB PORT-transmit/restore，選擇編譯好的bin文件

然后開關撥到nand啟動，效果如下：（設置LED1和LED4亮）

 

 

4、使用按鍵來控制LED

K1-K6如上圖對應GPG，我們使用K1-K4操作LED1-LED4

@******************************************************************************

@ File：crt0.S

@ 功能：通過它轉入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              @ 設置堆棧，注意：不能大於4k, 因為現在可用的內存只有4K,這4k是steppingstone，后面會介紹

                                                          @ nand flash中的代碼在復位后會移到內部ram中，此ram只有4K

            bl      main                           @ 調用C程序中的main函數

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對應的4根引腳設為輸出

        GPBCON = GPB5_out | GPB6_out | GPB7_out | GPB8_out ;

        // K1-K4對應的2根引腳設為輸入

        GPGCON = GPG0_in & GPG3_in & GPG6_in & GPG7_in ;

        

        while(1){

             //若Kn為0(表示按下)，則令LEDn為0(表示點亮)

            dwDat = GPGDAT;              // 讀取GPG管腳電平狀態

        

            if (dwDat & (1<<0))         // K1沒有按下

                GPBDAT |= (1<<5);        // LED1熄滅

            else    

                GPBDAT &= ~(1<<5);       // LED1點亮

                

            if (dwDat & (1<<3))          // K2沒有按下

                GPBDAT |= (1<<6);        // LED2熄滅

            else    

                GPBDAT &= ~(1<<6);       // LED2點亮

            

            if (dwDat & (1<<5))          // K3沒有按下

                GPBDAT |= (1<<7);        // LED3熄滅

            else    

                GPBDAT &= ~(1<<7);       // LED3點亮

    

            if (dwDat & (1<<6))          // K4沒有按下

                GPBDAT |= (1<<8);        // LED4熄滅

            else    

                GPBDAT &= ~(1<<8);       // LED4點亮

    }

    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

 

測試效果