嵌入式Linux學習筆記之GPIO介面

一、GPIO介紹

GPIO意為通用輸入輸出連接埠，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連接埠，分為A-J共9組：GPA、GPB、、、、GPJ，可以通過設定寄存器來確定某個引腳用於輸入、輸出還是特殊功能。

比如：可以設定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

連接埠A與連接埠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，以便訪問外部存放裝置

連接埠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，即相當於沒接晶片）時，它的電平狀態由上拉電阻和下拉電阻確定。

2、使用軟體來訪問硬體

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，選自mini2440原理圖，LED1-4分別對應GPB5-8

如果要控制這些LED，那麼我們首先要把GPBCON寄存器中GPB5-8對應的位設為輸出功能，然後寫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的資料手冊查到GPBCON和GPBDAT寄存器的地址，附資料手冊  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修飾符確保每次去記憶體中讀取變數的值，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，那麼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，那麼第5位為0，即GPB5輸出低電平，點亮LED1

 

二、GPIO操作執行個體

1、使用彙編代碼點亮一個LED

先看來源程式 led_on.S

 

.text

.global _start

_start:     

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

            MOV     R1,#0x00000400      @ 設定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                  @無限迴圈

 再來看程式的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產生led_on.bin

第一行做彙編

第二行做串連，指定程式碼片段起始地址為0x00000000

第三行把ELF格式轉為二進位格式

clean用於清除編譯產生的檔案

 

2、使用c語言代碼點亮LED彙編可讀性比C差，我們用C來實現 @******************************************************************************@ File：crt0.S@ 功能：通過它轉入C程式@******************************************************************************        .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             @ 設定堆棧，注意：不能大於4k, 因為現在可用的記憶體只有4K,這4k是steppingstone，後面會介紹                                                         @ nand flash中的代碼在複位後會移到內部ram中，此ram只有4K            bl      main                          @ 調用C程式中的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;    // 設定GPB5為輸出口, 位[11:10]=0b01    GPBDAT = 0x00000000;    // GPB5輸出0，LED1點亮
    return 0;} 

 最後是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

分別彙編crt0.S和led_on_c.c

串連目標到led_on_c_elf，程式碼片段起始地址位0x00000000

轉換ELF格式到二進位led_on_c.bin

最後轉換結果為彙編碼方便查看

 

3、測試程式

在先前搭建的編譯環境中進入代碼目錄

#make

得到的bin檔案，在win中使用dnw下載到開發板，設定串口傳輸速率，對應連接埠，8N1，0x00000000

開關撥到nor flash，開啟電源，出現菜單以後，選擇a

 

然後選擇USB PORT-transmit/restore，選擇編譯好的bin檔案

然後開關撥到nand啟動，效果如下：（設定LED1和LED4亮）

 

 

4、使用按鍵來控制LED

K1-K6如對應GPG，我們使用K1-K4操作LED1-LED4

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

@ File：crt0.S@ 功能：通過它轉入C程式@******************************************************************************        .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             @ 設定堆棧，注意：不能大於4k, 因為現在可用的記憶體只有4K,這4k是steppingstone，後面會介紹                                                         @ nand flash中的代碼在複位後會移到內部ram中，此ram只有4K            bl      main                          @ 調用C程式中的main函數halt_loop:            b       halt_loop 下面是key_led.c檔案 #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;} 最後是Makefile key_led.bin : crt0.S  key_led.carm-linux-gcc -g -c -o crt0.o crt0.Sarm-linux-gcc -g -c -o key_led.o key_led.carm-linux-ld -Ttext 0x0000000 -g  crt0.o key_led.o -o key_led_elfarm-linux-objcopy -O binary -S key_led_elf key_led.binarm-linux-objdump -D -m arm  key_led_elf > key_led.disclean:rm -f   key_led.dis key_led.bin key_led_elf *.o 測試效果