JZ2440 裸机驱动 第5章 GPIO接口

本章目标：

    掌握嵌入式开发的步骤：编程、编译、烧写程序、运行

    通过GPIO的操作了解软件如何控制硬件

5.1 GPIO硬件介绍

    S3C2440A有130个多功能输入/输出口引脚，分为A~J共9组：GPA、GPB、...、GPH、GPJ。

5.1.1 管脚相关的寄存器

    对于这几组GPIO引脚，它们的寄存器是相似的：

① GPxCON：用于选择管脚功能；

    x为A、B、...、H、J 

    PORTA与PORTB~PORTJ在功能选择上有所不同，GPACON中每一位对应一根引脚(共23根引脚)。

    当某位被设为0时，对应的引脚为输出引脚；

    当某位被设为1时，对应的引脚为地址线或用于地址控制，此时GPADAT无用。

    一般而言，GAPCON通常被设为全1，以方便访问外部存储器件。本章不使用PORTA。

    PORTB~PORTJ在寄存器操作方面完全相同。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：表示保留不用。

② GPxDATA：用于读写管脚数据；

    x为A、B、...、H、J

    当引脚被设为输入时，读此寄存器可知对应引脚的电平状态是高还是低；

    当引脚被设为输出时，写此寄存器对应位，可令此引脚输出高电平或低电平。

③ GPxUP    ：用于确定是否使用内部上拉电阻。

    x为B、...、H、J，没有GPAUP寄存器。

    某位为1时，相应引脚无内部上拉电阻；某位为0时，相应引脚使用内部上拉电阻

5.1.2 怎么使用软件来访问硬件

1.访问单个引脚

    操作种类：输出高/低电平、检测引脚状态、中断。

    如下图所示，JZ2440原理图中LED和按键的连接。

    

   

   

     可以设置GPFCON寄存器将GPF4、GPF5、GPF6设为输出功能，然后写GPFDAT寄存器的

相应位使得这3个引脚输出高电平或低电平。

    还可以设置GPFCON寄存器将GPF0、GPF2、GPG3、GPG11设置为输入功能，然后通过读

出GPFDAT/GPGDAT寄存器并判断相应位电平状态来确定各个按键是否按下。

    访问寄存器的方法：通过软件，读写它们的地址。

    比如，S3C2440的GPBCON、GPBDAT寄存器地址是0x5600 0010、0x56000014，可以通

过如下指令让GPF4输出低电平，点亮LED(D10)。

配置GPF4模式

5.2 GPIO操作实例：LED和按键

5.2.1 硬件设计

    如上图所示。

5.2.2 程序设计及代码详解

     本小节有3个实例，通过读写GPIO寄存器来驱动LED、获取按键状态。先使用汇编程序编写

一个简单的点亮LED的程序，然后使用C语言实现了更复杂的功能。

    1.实例1：使用汇编代码点亮1个LED

    源程序为/work/hardware/led_on/led_on.S。它只有7条指令，简单地点亮LED。

 #define GPFCON (*(volatile unsigned long *) 0x56000050)
 #define GPFDAT (*(volatile unsigned long *) 0x56000054)
 #define GPF4_out    (1 << 4*2)
 GPFCON = GPF4_out;    //GPF4引脚设为输出
 GPFDAT &= ~( << );    //GPF4输出低电平

GPF4 配置

    实例分为4个步骤：编译源程序、生成可执行程序、烧写程序、运行程序。

    先看看源程序：led_on.S: 

 .text
 .global _start
 _start:
     LDR R0,=0x56000050     @R0设为GPFCON寄存器
     MOV R1, #0x00000100    @0b
     STR R1,[R0]            @设置GPF4为输出口，位[:] =
     LDR R0,=0x56000054     @R0设置GPFDAT寄存器
     MOV R1, #0x0000000     @此值改为0x00000010( )可以让LED全熄灭
     STR R1,[R0]            @GPF4输出0，点亮LED
 MAIN_LOOP:
     B MAIN_LOOP

led_on.S

    Makefile内容如下：

 led_on.bin:led_on.S                                        @make指令比较led_on.bin和led_on.S的时间，决定是否执行下面的命令
     arm-linux-gcc -g -c -o led_on.o led_on.S               @编译
     arm-linux-ld -Ttext 0x0000 -g led_on.o -o led_on_elf   @链接
     arm-linux-objcopy -O binary -S led_on_elf led_on.bin   @把ELF格式的可执行文件led_on_elf转换成二进制格式文件led_on.bin
 clean:
     rm -f led_on.bin led_on_elf *.o

Makefile

    注意：Makefile文件中相应的命令行前一定要有一个制表符

    2.实例2：使用C语言代码点亮1个LED

    源程序为/work/hardware/led_on_c目录下。

    C语言执行的第一条指令并不在main函数中。生成一个C程序的可执行文件时，编译器通常会在我们

的代码中加上几个被称为启动文件的代码——crtl.o、crti.o、crtend.o、crtn.o等，它们是标准库文件。

这些代码设置C程序的堆栈等，然后调用main函数。它们依赖于操作系统，在裸板上这些代码无法执行，

需要自己写一个。

    这段代码很简单，只有6条指令。自己编写的crt0.S文件内容如下：

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

     ldr sp, =*        @设置堆栈，注意不能大于4k，因为现在可用内存只有4kB
                            @NAND Flash中的代码在复位后会移到内部ram（只有4kB）
     bl main
 halt_loop:
     b  halt_loop

crt0.S

    上面设置堆栈指针后，就可以调用C函数main了。C函数执行前，必须设置栈。

    现在可以很容易写出控制LED的程序了。main函数在led_on_c.c文件中，代码如下：

 #define GPFCON (*(volatile unsigned long *) 0x56000050)
 #define GPFDAT (*(volatile unsigned long *) 0x56000054)
 #define GPF4_out    (1 << 4*2)

 int main()
 {
     GPFCON = GPF4_out;    //GPF4引脚设为输出
     GPFDAT &= ~( << );    //GPF4输出低电平

     return ;
 }

led_on_c.c

    最后来看看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

Makefile

    操作步骤如下：

    (1)进入led_on_c目录后，执行如下命令可生成可执行文件led_on_c.bin;

    $make

    (2)使用dnw把led_on_c.bin写入NAND Flash；

    (3)把开发板拨为NAND启动，给开发板上电，可看见LED被点亮。

2.实例3：使用按键来控制LED 

    目录/work/hardware/key_led中的程序功能为：当K1~K3中某个按键被按下时，点亮D10~D12

(v2版电路板只有3个灯)中相应的LED。

    key_led.c代码如下：

 #define GPFCON      (*(volatile unsigned long *)0x56000050)
 #define GPFDAT      (*(volatile unsigned long *)0x56000054)

 #define GPGCON      (*(volatile unsigned long *)0x56000060)
 #define GPGDAT      (*(volatile unsigned long *)0x56000064)

 /*
  * LED1,LED2,LED4对应GPF4、GPF5、GPF6
  */
 #define    GPF4_out    (1<<(4*2))
 #define    GPF5_out    (1<<(5*2))
 #define    GPF6_out    (1<<(6*2))

 #define    GPF4_msk    (3<<(4*2))
 #define    GPF5_msk    (3<<(5*2))
 #define    GPF6_msk    (3<<(6*2))

 /*
  * S2,S3,S4对应GPF0、GPF2、GPG3
  */
 #define GPF0_in     (0<<(0*2))
 #define GPF2_in     (0<<(2*2))
 #define GPG3_in     (0<<(3*2))

 #define GPF0_msk    (3<<(0*2))
 #define GPF2_msk    (3<<(2*2))
 #define GPG3_msk    (3<<(3*2))

 int main()
 {
         unsigned long dwDat;
         // LED1,LED2,LED4对应的3根引脚设为输出
         GPFCON &= ~(GPF4_msk | GPF5_msk | GPF6_msk);
         GPFCON |= GPF4_out | GPF5_out | GPF6_out;

         // S2,S3对应的2根引脚设为输入
         GPFCON &= ~(GPF0_msk | GPF2_msk);
         GPFCON |= GPF0_in | GPF2_in;

         // S4对应的引脚设为输入
         GPGCON &= ~GPG3_msk;
         GPGCON |= GPG3_in;

         while(){
             //若Kn为0(表示按下)，则令LEDn为0(表示点亮)
             dwDat = GPFDAT;             // 读取GPF管脚电平状态

             if (dwDat & (<<))        // S2没有按下
                 GPFDAT |= (<<);       // LED1熄灭
             else
                 GPFDAT &= ~(<<);      // LED1点亮

             if (dwDat & (<<))         // S3没有按下
                 GPFDAT |= (<<);       // LED2熄灭
             else
                 GPFDAT &= ~(<<);      // LED2点亮

             dwDat = GPGDAT;             // 读取GPG管脚电平状态

             if (dwDat & (<<))         // S4没有按下
                 GPFDAT |= (<<);       // LED3熄灭
             else
                 GPFDAT &= ~(<<);      // LED3点亮
     }

     return ;
 }

key_led_on.c

    操作步骤如下：

    (1)进入key_led目录后，执行make命令，即可生成可执行文件key_led.bin;

    (2)使用dnw把key_led.bin写入NAND Flash；

    (3)把开发板拨为NAND启动，给开发板上电，可看见LED被点亮。

5.2.3 实例测试

    在烧写程序是要烧到NAND Flash中去的原因：2440中有被称为“Steppingstone”的

4KB内部RAM，当选择从NAND Flash启动CPU时，CPU会通过内部的硬件将NAND 

Flash开始的4KB字节数据复制到这4KB的内部RAM中(此时，内部RAM的起始地址为0)，

然后跳到地址0开始执行。

    NOR Flash虽然可以像内存一样进行读操作，但不能像内存一样进行写操作，所以从

NOR Flash启动时，一般先在代码的开始部分使用汇编指令初始化外接的内存器件(外存)，

然后将代码复制到外存中，最后跳到外存中继续执行。

    对于小程序，一般将它烧入NAND Flash中，借助CPU内部RAM直接运行。

附：代码：

链接: https://pan.baidu.com/s/1kV24a9L 密码: tfab