嵌入式Linux应用开发完全手册（二）GPIO

5 GPIO接口

5.1 GPIO硬件接口介绍

GPIO General Purpose I/O Port，通用输入、输出端口。简单说就是这个端口可以配成输入的（读电平信号），也可以配成输出的（设置电平信号）
无论是输入还是输出都是通过寄存器来实现的
- 输入通过读某个寄存器来确定引脚电平是高还是低，是1还是0
- 输出通过写入某个寄存器让这个引脚输出高电平或者低电平，1或者0
具体的寄存器设置需要看硬件手册，这里以2440为例
- GPxCON寄存器
- GPxDAT寄存器
- GPxUP寄存器
  
  以上是GPACON GPADAT寄存器的手册说明。
  从中可以看到A组GPIO的控制和数据寄存器的地址，编码格式。
GPACON和GPADAT都是4字节，32位的寄存器，地址分别是0x56000000 0x56000004
GPACON的有效配置位是0到24，分别对应GPA0到GPA24，每个端口一位
GPACON的每一个端口，配置成0表示用作output端口，配置为1代表不同的控制信号，用作各种专门的用途
GPADAT的0到24位，对应GPA0到24，用作output端口时，管脚的电平根据寄存器的设置来输出；用作其他用途的时候根据各自的用途，芯片自动设置
GP A组的管脚作用特殊，我们可以看下B组的控制寄存器格式，B组是通用的

这是B组的GPIO寄存器格式，用3个寄存器控制。GPBCON的控制配置，GPBDAT的数据配置，GPBUP的状态配置。
与A组不同，GPBCON每2位控制一个GPIO管脚，可以有4种工作方式
- 00 输入
- 01 输出
- 10 特殊功能
- 11 保留
GPBDAT
- 对应管脚是输入管脚的时候，通过对应的寄存器位判断输入信号
- 对应管脚是输出管脚的时候，通过设置对应的寄存器位，输出信号
GPBUP
- 0 对应的管脚使用上拉电阻
- 1 对应管脚不使用上拉电阻
- 关于上拉和下拉，指的是管脚悬空的时候，保持高电平状态还是低电平状态，可以简单的这里理解
寄存器的操作 *
寄存器的地址和格式定义都已经了解了，下面就是怎么操作
- 寄存器地址类型转换为 volatile unsigned long 指针
- 对这个指针进行间接寻址操作，位操作，清零，置1

#define GPBCON      (*(volatile unsigned long *)0x56000010)
#define GPBDAT      (*(volatile unsigned long *)0x56000014)
#define GPB5_out    (1 << (5 * 2))

GPBCON |= GPB5_out;     // GPB5管脚设置为输出管脚，其他部分不变
GPBDAT &= ~(1 << 5);   // GPB5输出低电平

5.2 实例点亮LED

汇编实现

先看电路图，找到LED的连线

能看到一共有3个LED灯，电源3.3V，分别连接了连线nLED1, nLED2, nLED4

那么着条线分别连接到了2440的哪个接口呢

Markdown

从上图可以看到，这三条线分别连接到了2440的GPF4， GPF5，GPF6。
这样的话，通过设置这三个端口到输出端口，如果是高电平，LED灯没有电势差，不会亮；如果输出0，那么有电势差，LED灯会亮。
* 点亮LED灯的步骤如下 *
- 设置GPIO F组的控制寄存器，GPF4到GPF6为输出端口
- 控制GPF4到GPF6
- 1 高电平 LED不亮
- 0 低电平 LED亮

Markdown

从上图查到GPF的寄存器地址。

[led_on.s]
.text
.global _start
_start:
    LDR R0,=0x56000050      @ R0设为GPBCON寄存器，选择F组GPIO引脚功能
    MOV R1,#0x00000500
    STR R1,[R0]             @ 这3个指令是存入某个寄存器一个给定值的套路

    LDR R0,=0x56000054
    MOV R1,#0x00000000
    STR R1,[R0]             @ GPF4,5输出0，点亮LED1,2 保持LED3不亮

MAIN_LOOP:                  @ 代码部分注意不要在中文输入模式，例如这句的冒号，如果是中文冒号，会显示“无效指令 main_loop：”
    B MAIN_LOOP

[Makefile]
led_on.bin : led_on.s
    arm-linux-gcc -c -o led_on.o led_on.s
    arm-linux-ld -Ttext 0x00000000 -o led_on_elf led_on.o
    arm-linux-objcopy -O binary -S led_on_elf led_on.bin
clean :
    rm *.o led_on_elf led_on.bin

生成的bin文件烧入开发板的0地址，即可观察结果。

C语言实现

C语言应用程序的入口是main，但是在基于操作系统的C语言程序中，调用main是操作系统完成的。在调用main之前还调用了crtl.o crti.o crtend.o ctrn.o这几个启动文件。裸板程序无法依赖这些启动文件，因此需要自己编写启动文件，启动之后再调用main函数。 *
编写启动代码

[crt0.s]
.text
.global _start
_start:
    ldr r0,=0x53000000      @ 第一步关闭看门狗
    mov r1,#0
    str r1,[r0]

    ldr sp,=1024*4          @ 设置堆栈
    bl main                 @ 调用C语言程序main函数
halt_loop:
    b halt_loop

编写C语言程序

[led_on_c.c]
#define GPFCON      (*(volatile unsigned long *)0x56000050)
#define GPFDAT      (*(volatile unsigned long *)0x56000054)
#define GPF_OUT(x)  (1 << (2 * (x)))
#define GPF_SET(x)  (1 << (x))

int main()
{
    /* 设置GPF4 5 6为输出端口，GPF4 GPF6为高电平，LED2亮，LED1和3不亮 */
    GPFCON = GPF_OUT(4) | GPF_OUT(5) | GPF_OUT(6);
    GPFDAT = GPF_SET(4) | GPF_SET(6);
    return 0;
}

编写Makefile

[Makefile]
led_on_c.bin : led_on_c.c crt0.s
    arm-linux-gcc -c led_on_c.c -o led_on_c.o
    arm-linux-gcc -c crt0.s -o crt0.o
    arm-linux-ld -Ttext 0x00000000 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
clean :
    rm *.o led_on_c_elf led_on_c.bin

扩展，让LED灯按照2进制计数器的方式闪烁

#define GPFCON      (*(volatile unsigned long *)0x56000050)
#define GPFDAT      (*(volatile unsigned long *)0x56000054)
#define GPF_OUT(x)  (1 << (2 * (x)))
#define LED_NUM(x)  (~(((x) & ~((~0) << 3)) << 4))

int main()
{
    unsigned int i;
    unsigned long j;
    /* led to count, in binary */
    GPFCON = GPF_OUT(4) | GPF_OUT(5) | GPF_OUT(6);
    for (i = 0;;i = ++i % 8)
    {
        GPFDAT = LED_NUM(i);
        for (j = 0; j < 1000000; j++)
            ;
    }
    return 0;
}