关于GPIO

参考自韦东山《嵌入式linux应用开发》第五章

1.关于GPIO硬件

根据笔者在单片机上付出的带价。所谓的ARM9实际上是把51单片机各种直接用代码操作的方式封装在一起。用户可以通过ARM上的寄存器操作实现响应硬件操作，这是对开发者透明的。51单片机基本要代码一行一行实现操作，印象中的I2C协议就是如此。晚点回忆单片机再写好了，这里不影响理解。

GPIO，就是通用IO端口，说白就是个端口。一个端口有什么用啊！？说白了就是输出和读取作用了，既然计算机是二进制的，那肯定就是两个状态了。高电平/低电平（卧槽，数字电路！噩梦啊）。所以GPIO在硬件上就是做这四件事情的，（输出/输入）X（高/低电平）。

那么想想应该要几个寄存器操作他们啊。显然本来输入输出可以用不同端口，然而万恶资本主义家们为了节省成本，压榨设计人员剩余价值。当然要一个端口同时做这四种事情了。（我吹的）

那一个端口起码要有两个寄存器来控制了，一个控制输出还是输入，一个控制高低电平。当然输入是不需要控制高低电平的。但当然还是可以读寄存器的数据来查看高低电平的。有点语无伦次直接看别人怎么搞的吧。

先看GPF组端口。（实际上是从GPA组端口一路排下来的。作用大同小异，有1输入和2输出，还有一个是3自己独特用法，还有一个4保留。具体一个组的一个端口是由两位BIT控制，00、01、10、11.就是代表上面四个用法）

1.1GPFCON、GPFDAT、GPFUP

1.11GPFUP（不是重点）

这里居然多出了一个寄存器，GPFUP。查了一下，实际上用于引脚上拉电阻。什么叫上拉电阻，说白了就是确定一个高阻态的东西保持恒定电压。（什么是高阻态?应该就是你拿一根导线接入空中，然后你不能像炮姐一样发出电磁炮，导致端口另一端是个诡异的状态。我瞎掰的。操作GPFUP寄存器为0时候就相当于在下图B点接个高电压。）

为什么要保持一个恒定电压。撇开B点，比如下面A点在端口用于读取时候究竟是高电平还是低电平。因为A点另一端接的相当于是空气，所以高阻，高阻不能确定电平。但是B点如果是高电平，明显，开关闭合就是低电平，开关打开就是高电平。

一般而言这东西是不用管的，因为默认就是0，就是接上拉电阻的意思。至少这里不涉及，后面我也没用过不接上啦电阻的状态。计算机是二进制的，高阻态的意义应该就是告诉我们，在高阻态基础上加上拉电阻可以消除不确定因素，就是高低电平的意思。

1.12GPFCON

可以把最开头那个表格拿来看，那是叫做芯片手册的东西。

GPFCON就是用于用来设定端口是输入还是输出的，至于为什么能实现，这个在开发上透明，不用管。

有没有发现，CPFCON可以设置为EINT，中断的意思，以后说。

CON就是Configure配置的意思了

这寄存器怎么访问？

看到Address，0x56000050。在看到第二个表格，BIT是0~15.说明有16位。

每两位控制一个GPF端口。说明GPF端口有GPF0~GPF7总共8条对外的端口（线）。

即在0x56000050这个地址，写入16位的二进制数字，就可以操作一共8条端口的4个用法。

1.13GPFDAT

看到DAT显然就是数据的意思了。

作用两个，一个是在GPFCON输出状态时候，往这个寄存器里写，可以输出高低电平。

另一个则是在GPFCON输入状态时候，读取这个寄存器，可以知道究竟输入是高电平还是低电平。

看那鸡肠，翻译过来就是。

输出时候，写1高电平，写0低电平。

输入时候，读到1或0就是输入高电平或低电平。

GPFUP是不用管的。

补充：CPU操作寄存器实际上是对于寄存器所在的地址写数据。读同理。

那有的人会问，内存不是正是地址吗？确实是的

但是在硬件上内存地址跟寄存器的地址是在不同地方的。但都统一硬件编址。

如S3C2440对于外设（内存、NOR FLASH，网卡等等）是用地址线寻址的。一共27根地址线+8根片选就是（2^27）*8=1G的地址空间。这1G空间是用来访问外设的。0x00000000~0x4000_0000正好1G用于给外设地址。其中内存在0x3000_0000开始，下节再说。

但是S3C2440是一个32位CPU，所以理论可以寻址4G，那么剩下的地址就用来分配给跟CPU封装一块的寄存器了。比如上面的CPFXX就是寄存器地址了，寄存器是从0x4800_0000~0x5FFF_FFFF。0x4000_0000~0x4800_0000地址就不知道是什么了，先别管了。没准是保留了。

2.接下来看看硬件结构

如图，看到第一副，点亮LED1，显然是要nLED_1处是个低电平，导通二极管。那么nLED_1就应该是输出低电平（不是输入，不能理解为电流流进去云云。）

而nLED_1的端口是GPF4。

上面一直说的GPF4.

那么代码就是把GPF4设置为输出低电平即可。GPFUP默认就是接入上拉电阻，所以不用管GPFUP。

顺便说一句，那个Externa截了一半的就是CPU，LED相当于接入引脚的灯了。

3.代码

3.1汇编代码

首先说说这汇编代码的是怎样滚到内存里面的。

我们知道，一份代码是被编译器加工，最后成为一个二进制文件，载入内存执行的。

所以代码怎么处理就是编译器的事情了。

我们这代码是运行在开发板的内存中的，显然是不能用普通的编译器的。普通编译器是编译和运行都是一台电脑上的。

比如这里使用arm-linux-gcc。而我另一个地方则使用i386-linux-gnu。他们有个共同点就是都在linux平台上编译，运行在arm或者i386架构上。

我们这里只讨论，arm-linux-gcc。

所以是用交叉编译器来编译这条汇编的。（交叉编译器，顾名思义就是跨平台的，window上写，另外一个平台执行，这个点我希望在另外一个系列写，这里简单就是这样）

我们这里只需要知道这不是一般编译器处理的程序就可以。

3.2汇编到可执行文件（简述，详述有时间在linux分类下看）

arm-linux-as ：汇编->目标文件A

arm-linux-ld ：（目标文件B、C、D，也可以叫库，交叉编译器的库提供）+目标文件A=可执行文件E（像胶水一样粘起来）。ld来执行这一过程。对于编译内核bootloader是不要这些库的。

在直接用arm-linux-gcc时候可以用-nostartfiles、-nostdlib来表明不要这些库。

当然这里分步了，具体告诉ld究竟需要什么，所以就不会链接这些库

但是ld还是会找_start为入口就对了，这个写在汇编里面，所以执行汇编。

而目标文件B会提供_start这样的入口，这样就可以使得你的目标文件A可以是由C语言写，入口是main()，helloworld相信大家都有印象。

写汇编，不要库，所以要指定_start入口

可执行文件（elf格式）经过加载就变成可以躺在响应内存上执行的机器码

而且目标文件A B C D在linux都是一个文件格式，就是elf文件格式（elf文件详情打算在linux板块讲）

可执行文件E也是elf格式的

简单说可执行文件E里面包含了，这是一个在什么平台上的代码，如何放到内存上的信息等。具体放内存哪个地址。

最后是由加载器把可执行文件E加载内存。

这里有个差别，一个是有操作系统的加载内存，另一个是裸板加载内存。

有操作系统加载当然交给操作系统。（linux分类再写），elf文件会被处理后载入内存

像我们现在这种裸板，要多执行一步。因为elf文件有些信息对硬件是无效的。不可能直接烧到开发板执行

用arm-linux-objcopy就可以把elf转换为二进制文件，这个文件可以直接烧写执行。

3.3代码分析

.text.global _start_start:                 LDR     R0,=0x56000050      @ R0设为GPFCON寄存器。此寄存器                                        @ 用于选择端口B各引脚的功能：                                        @ 是输出、是输入、还是其他            MOV     R1,#0x00000100                    STR     R1,[R0]             @ 设置GPF4为输出口, 位[8:7]=0b01                        LDR     R0,=0x56000054      @ R0设为GPBDAT寄存器。此寄存器                                        @ 用于读/写端口B各引脚的数据            MOV     R1,#0x00000000      @ 此值改为0x00000010,                                        @ 可让LED1熄灭            STR     R1,[R0]             @ GPF4输出0，LED1点亮MAIN_LOOP:            B       MAIN_LOOP

---摘自韦东山书籍

为什么没有关开门狗呢，实际上是要关的，程序其实不断重启。

但重启太快，肉眼分辨不出这个LED1点亮的状况，所以就忽略，后面的程序都需要的。

这是arm上的汇编语法，当然通过arm-linux-gcc进行编译了。

“
ARM是RISC结构
数据从内存到CPU之间的移动只能通过L/S指令来完成，也就是ldr/str指令“

注释非常清楚了，这里用的LDR是它伪指令用法，因为有等号

LDR     R0,=0x56000050

这里大家自己查语法

这里R0充当了代表地址的作用

开头的.text说明是加载到内存.text段，另外讲。

.gobal _start是告诉编译器，_start在这个位置

而arm-linux-ld是以这个_start作为执行文件的入口的。这就是为什么要声明_start了

makefile就省略，语法也不多介绍

大家有空查一查

3.4----------------C语言实现--------------

裸板是不能执行目标文件BCD的。他们依赖操作系统

但是这样我们就写不了C语言实现了。

所以我们要自己写一个不依赖操作系统的汇编写的目标文件B，然后用他来转入C语言程序

.text.global _start_start:            ldr     r0, =0x53000000                 mov     r1, #0x0                                 str   r1, [r0]                                   ldr     sp, =1024*4                                                             bl      main                halt_loop:            b       halt_loop

这里只需要了解

bl main

即可

剩下的arm-linux-ld会解决。

所以这里makefile跟用汇编写的makefile有点不一样。

不一样就是在arm-linux-ld会加上这个汇编代码和C语言代码。

C语言代码毕竟开发快，可读。

不可能像求伯君先生那样用汇编来写，这逆天。

C语言代码如下：

#define GPFCON      (*(volatile unsigned long *)0x56000050)#define GPFDAT      (*(volatile unsigned long *)0x56000054)int main(){    GPFCON = 0x00000100;    // 设置GPF4为输出口, 位[9:8]=0b01    GPFDAT = 0x00000000;    // GPF4输出0，LED1点亮    return 0;}

显然简洁很多。

重点是没有include之类的东西。

volatile 是为了不让编译器优化这个地址

比如你写

CPFCON = 1;

函数A；

GPFCON = 2;

函数B；

GPFCON = 3;

编译器只会执行最后一个，但是

这是不符合我们硬件逻辑的。

我们很显然想在这个地址依次写入1,2,3。

万一这地址在写入1后，使用函数A

写入2后，使用函数B

正好这两个函数是要读取这个寄存器呢

。。。。。

当然这里代码没有体现。

yoghourt_man

yoghourt_man